37 2005 經濟部節約能源績優廠商觀摩會 聯華電子 Fab12A 廠 主要設備馬達採用變頻器控制 何健忠 空調組 技術副理 廠務暨擴建工程部 /Fab12A 廠務工程.

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1 37 2005 經濟部節約能源績優廠商觀摩會 聯華電子 Fab12A 廠 主要設備馬達採用變頻器控制 何健忠 vincent_ho@umc.com 空調組 技術副理 廠務暨擴建工程部 /Fab12A 廠務工程

2 38 簡報綱要  變頻器 (Inverter) 原理  變頻器的節能原理  變頻器使用的效益  使用變頻器的特點  變頻器的應用  聯華電子廠務系統變頻器的應用  外氣空調箱 (MAU) 節能成效分析  製程排氣系統 (Process Exhaust) 節能成效分析  空調二次冰水泵浦 (SCHP) 節能成效分析  製程冷卻水 (PCW) 節能成效分析

3 39 變頻器原理 - 方塊圖 馬達轉速 (rpm) = 120 x 電源頻率 (Hz) 馬達極數 (P)

4 40 變頻器原理 輸入 3 相 電源 經過整流器 產生單相鏈 波 經過 filter 產 生 DC 電源 經過 Inverter PWM 控制產生 AC 電源

5 41 變頻器的控制原理 動作原理 直流變換為交流需要可以交換的元件。三相變頻器的原理 如圖所示，利用 6 個 Switch 形成三相電橋。一相所連接的上下 兩個 Switch 同時不能 On ，要交互 On ，與其他的相具有 120 o ( 電 氣角 ) 的相位差，如此，就可得到矩形波的三相交流電壓，其頻 率為開關 On-Off 的頻率。

6 42 變頻器的節能原理 Q: 流量 H: 功率, N: 轉速  輪機機械 相似定律 Q1 Q2 N1 N2 流量比 → = 壓力比 → P1 P2 =( N1 N2 ) 2 輸入電力 → H1 H2 =( N1 N2 3 ) H1H2= ( N1 N2 3 )H2 Q1 Q2 3 )= (

7 43 風機性能概念

8 44 風機相似定律 110100 133 100

9 45 TYPE L IMPELLER 3069 MODEL 3095-5 EYE AREA 10.5 SIZE 3"× 4"× 9" CURVE NO. RC- 1992 RPM 1750 DATE 1/83 U.S. GALLONS PER MINUTE TOTAL HEAD 流量 - 揚程 等效率 等馬力 離心泵性能曲線圖

10 46 離心泵性能曲線 ( 不同轉速下 )

11 47 變頻器的節能原理  半導體廠設備投資之回收期短，因此關於省能源系 統之規劃上，初期投資費用及運轉費用之檢討顯得 非常重要，而易於實施且可期待會有宏大效果之省 能方法有利用變頻器控制風車等方式。依據輪機機 械相似定律，耗電量會隨風量的三次方減少，而風 量與轉速成正比關係。  半導體廠區內生產設備為逐步增設，熱負荷尚未達 空調系統滿載設計，將空調箱送風風車裝置變頻器， 控制送風量，在不影響現場溫度控制下，送風量降 為 75% ，耗電量可降低為 42% 。

12 48 變頻器使用的效益  經由速度控制達到節約能源的功效  經由速度及扭力控制以改善製程  改善及提升系統運轉效益  經由降低機械應力改善及延長機械設備使用年限

13 49  優點 : 1. 節省能源 2. 簡易速度控制 3. 軟啟動, 停止 4. 高頻率的啟動停止 5. 正逆轉控制 6. 利用電煞車 7. 高速運轉 8. 可用一台的變頻器來控制多台電動機 9. 電動機起動時, 起動電流小  缺點 : 1. 投資成本高 2. 維護成本較傳統電路高 3. 變頻器為諧波源, 需裝設諧波抑制器改善 使用變頻器的特點

14 50 變頻器的應用 目標效果用途適用變頻器關鍵技術 省能量 風扇, 鼓風機, 泵, 攪拌機, 押出機業務用洗滌機 一般用變頻器提供運轉的可靠性, 順停時繼續運 轉, 異常重試運轉等 省維護 纖維機械合纖專用變頻器匣式單碰著脫機構 利用傳送的系統構成 鐵鋼程序機 轉輪機 製紙 薄膜加工機 系統用向量控制 變頻器 利用高精度轉矩控制, 急加減速 與上位計算機的傳送連繫 自動化 省力 化 提高性能 ( 提高產性 ) 運送機 台車 升降機一般用變頻器全自動增強轉矩, 起重機專用軟體 系統 工作機械主軸主軸驅動專用變頻 器 高加速轉矩, 廣域定輸出控制, 高精度定向 電梯專用向量控制 變頻器 與電梯控制器協調靜音話 無振動起動 提高品質 高速發送程序 印刷機板開孔 高頻波變頻器與電動機的保護協調 轉速穩定化

15 51 聯華電子 廠務系統變頻器的應用  外氣空調箱 (MAU, Makeup Air Unit )  製程排氣系統 (Process Exhaust System)  空調二次冰水泵浦 (SCHP, Secondary Chilled Water Pump)  製程冷卻水系統 (PCW, Process Cooling Water)

16 52  MAU 的設計皆有備載機台，以便萬一故障時可切 換使用，而不致影響整個系統運作  節能的做法是讓 MAU 多台運轉，在總送風量不變 下每台 MAU 的風量可以減少，進而降低風車運轉 頻率  以潔淨室正壓為控制點，經 PLC 運算，控制 MAU 風車轉速 外氣空調箱 (MAU, Makeup Air Unit )

17 53 外氣空調箱節能成效 (1)  MAU System 1  總運轉風量約 4,500,000 CMH  增加 MAU 運轉數量，降低每台運轉風量，運轉頻率 由 45Hz 降至 31 Hz  消耗功率可由 185 kW 降至 40 kW  共可節省 ( 185 x 3 ) – ( 40 x 5 ) = 355 kW  355kW × 24hr × 365day = 3,109,800kWh/ 年

18 54 外氣空調箱節能成效 (2)  綜合以上兩點 :  每年節省用電量 4,327,400kWh/ 年  每年節省電費 NT$ 6,900,000  MAU System 2  總運轉風量約 132,000 CMH  增加 MAU 運轉數量，降低每台運轉風量， 運轉頻 率由 42Hz 降至 26 Hz  消耗功率可由 185kW 降至 23 kW  共可節省 ( 185 x 1 ) – ( 23 x 2 ) = 139 kW  139kW × 24hr × 365day = 1,217,640kWh/ 年

19 55 製程排氣系統 (Process Exhaust)  製程排氣系統以系統靜壓為控制點，由變頻控 制輸出模式運轉，以降低運轉電流節省能源  AT(Acid & Toxic) exhaust 系統  AK(Akaline) exhaust 系統  General exhaust 系統  Solvent exhaust 系統  VOC 系統二次風車及脫附風車

20 56 製程排氣系統節能成效

21 57  在維持系統壓力供應穩定之前提下，系統依設定 供應壓力值，自動作追載 / 減載，調整變頻輸出即 符合使用需求  二次冰水高揚程系統由 60Hz 調降為 38Hz  低揚程系統由 60Hz 調降為 41Hz 空調二次冰水泵浦 (SCHP)

22 58  在維持系統壓力供應穩定之前提下，系統依設定 供應壓力值，自動作追載 / 減載，調整變頻輸出即 符合使用需求  製程冷卻水系統由原先之 60Hz 調降至 57Hz 之間降 低運轉電流節省能源 製程冷卻水系統 (PCW)

23 59 主要設備馬達採用變頻器控制節能成效

24 60 敬請指教！敬請指教！ 以上資料僅限本次觀摩會研究使用，請勿移作他用！