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何健忠 vincent_ho@umc 空調組 技術副理 廠務暨擴建工程部/ Fab12A 廠務工程

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. 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.

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

  4. 變頻器原理 經過filter產生DC電源 經過整流器產生單相鏈波 輸入3相電源 經過Inverter PWM 控制產生AC電源

  5. 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120o (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. 變頻器的節能原理 N1 N1 P1 N1 H1 Q1 P2 N2 N2 Q2 N2 H2 • 輪機機械 相似定律 流量比→ = 2 壓力比→ =( ) 3 輸入電力→ =( ) Q:流量 H:功率, N:轉速 3 3 N1 Q1 H1 = ( ) H2 = ( ) H2 N2 Q2

  7. 風機性能概念

  8. 風機相似定律 133 100 100 110

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

  10. 離心泵性能曲線(不同轉速下)

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

  14. 變頻器的應用

  15. 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. 外氣空調箱(MAU, Makeup Air Unit ) • 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

  17. 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. 外氣空調箱節能成效(2) • 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 • 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

  19. 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. 製程排氣系統節能成效

  21. 空調二次冰水泵浦(SCHP) • 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

  22. 製程冷卻水系統(PCW) • 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

  23. 主要設備馬達採用變頻器控制節能成效

  24. 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！

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