電子廠廠務真空泵變頻節能實務

摘要

電子廠中半導體與光電廠廠務設施中使用100 mbar粗略真空作為製程使用，傳統定速真空泵於壓力達到時，仍然以全速運轉，消耗相當大之電力，新型變頻真空泵於壓力達到時，會降低轉速，相對的消耗電力比傳統定速真空泵少很多，節能一般可達20 ~ 50%。本文主要針對近年來輔導國內電子廠進行馬達動力系統(真空泵系統)節能改善成為示範廠商的案例，說明改善的評估過程、改善手段與結果，以作為國內廠商導入真空泵系統節能之參考。

In the electronics factory semiconductor and optoelectronic plant facilities use a small vacuum of 100 mbar as a process facilities, the traditional fixed-speed vacuum pump reaching the restricted pressure, it is still running at full speed operation, so the power consumption should be taking into consideration, the uses of new frequency conversion vacuum pump in the pressure to achieve, will reduce the speed, the relative less consumption of electricity than the traditional fixed speed vacuum pump is much less, Energy saving is up to 20 ~ 50%. This paper mainly aims at the case of improving energy-saving improvement of vacuum pump system in domestic electronics factory in recent years, and explains the improvement evaluation process, improvement means and results, in order to serve as a reference for domestic manufacturers to energy saving for vacuum pump system.

關鍵詞

高效率馬達、節能、真空、泵     

High efficiency motor, Energy saving, Vacuum, Pump

前言

經濟部已公告自中華民國105年7月1日起低壓三相鼠籠型感應電動機實施IE3效率，不符合效率標準之馬達不允許進口或製造在國內銷售使用 [1]。使用高效率馬達取代傳統馬達，效率可提高2~8%，而馬達動力系統(如真空泵、風扇、空壓機、泵浦、冰水機系統…)更是節能重要的對象，節能可達10~50%。

經濟部於中華民國103年8月1日公告「能源用戶訂定節約能源目標及執行計畫規定」[2]，針對契約用電容量超過八百瓩之法人及自然人，於中華民國104年至108年之節約能源目標及執行計畫，其平均年節電率應達百分之一以上，廠商基於符合政府要求及實際降低運轉電力成本需求，必須執行節能改善，而廠務使用製程真空系統就是一個節能改善好標的。

真空泵系統節能改善措施

一個空間其中的氣體壓力小於一大氣壓者為真空。真空度可分為粗略真空(1013~1 mbar)、中度真空(1~10^-3 mbar)、高真空(10^-3 ~10^-7 mbar)、超高真空(壓力小於10^-7 mbar) [3]。

電子廠中半導體與光電廠廠務設施中使用100 mbar粗略真空作為製程使用，廠務真空系統設計初以最大抽氣量需求加上備用抽氣量計算，故一般設置皆大於實際運轉時需求。

一般廠務真空系統由多台大小馬力真空泵組成，當真空抽氣量需求大時，開多台真空泵，當真空抽氣量需求變小時，逐步關掉真空泵，使系統真空壓力維持在特定使用合理範圍，常見的做法使用PLC依據空氣桶之壓力感測器回授信號控制，使真空壓力維持於希望的特定範圍內，譬如說 100 mbar附近。

真空系統節能改善措施有：

• 適當保養維護
• 使用高效率真空泵
• 使用變頻真空泵
• 多機聯控定頻真空泵浦在需求變動時，定頻真空泵浦較變頻真空泵浦耗電，因為在需求變小時，定頻真空泵浦仍會固定轉速運轉消耗大量的耗電，相對地，變頻真空泵浦在抽氣量需求變小時，會依需求降低轉速，耗電也會相對地較固定轉速運轉小，如圖1所示，X軸為時間(time)，Y軸為抽氣需求(demand)與耗電(kW)，一開始，抽氣需求(灰色區塊)小，定頻真空泵浦仍然全速運轉，然而，變頻真空泵浦依抽氣需求調空負載，轉速降低，此時，兩者耗電差異比較如圖一黑色區塊，變頻真空泵浦明顯耗電小了許多;當抽氣需求變大，定頻真空泵浦仍然全速運轉，負載變大，而變頻真空泵浦轉速變高以相對提供增加之抽氣需求負載，當抽氣需求再變大達到真空泵浦最大抽氣能力，定頻真空泵浦仍然全速運轉，負載最大，而變頻真空泵浦轉速變最高以提供最大抽氣需求，此時，兩者耗電差異不明顯。也就是說，定頻真空泵浦維持定速運轉，當最大抽氣負載時，耗電最大，抽氣負載變小時，速度不變，耗電只有稍微變小，而變頻真空泵浦於最大抽氣負載時耗電最大，抽氣負載變小時，速度變慢，耗電明顯變小。進氣調控閥主要使用於啟動時微開進氣閥使啟動電流最小化，專利轉子技術配合小馬力高轉速馬達運作，節省保養費用，變頻控制技術配合前端製程需求控制負載，可有效地改變轉速以降低耗電。圖1 定頻真空泵浦(上)與變頻真空泵浦(下) 耗電特性圖[4]變頻真空泵浦較定頻真空泵浦省電有三大方面：
• 所以，當抽氣需求小於真空泵浦最大抽氣能力時，定頻真空泵浦改為變頻真空泵浦，藉由變頻＋轉子技術＋進氣調控閥控制改善，一般可有高至20～50%之節能空間，依不同負載條件下，節能空間不一樣！
• 早期，變頻技術尚未普及，一般真空泵為定頻運轉，近年來，變頻技術進步及價格下降使變頻真空泵日漸普及。

• 採用高效率新機取代舊機提升單機效率，舊機原本效率較差且長年使用，效率更是衰退。
• 採用變頻取代定頻，在真空壓力需求到達時，抽氣負載變小，變頻運轉較定頻省電。

採用變頻控制，當需求真空壓力達到需求時，真空壓力值比較穩定，不會過渡真空，因為真空壓力越低越耗電。