Sådan gjorde Danfoss frekvensomformere til et guldæg

I 1968 begyndte Danfoss en serieproduktion af VLT-frekvensomformere. Det blev startskuddet til, at Danfoss i 1970’erne erobrede en førende position på verdensmarkedet for frekvensomformere til effektelektronik.

I dag er effektelektronik et af Danfoss’ største forretningsområder med en årlig omsætning på flere milliarder kroner.

Historien begynder med to ingeniører, der på en konference i London blev belært om, at man kun kunne styre vekselstrømsmotorers hastighed på mekanisk vis. De tog hjem og beviste det modsatte.

Mads Clausen så mulighederne

Danfoss’ stifter, Mads Clausen, var i begyndelsen af 1950’erne overbevist om store fremtidsmuligheder på elektronikområdet, og han ansatte den første elektronikingeniør i 1953.

Forfatteren, Niels Chr. Larsen, er journalistuddannet og Internal Communications Director hos Danfoss.

Sidst i årtiet fik han en henvendelse fra Otto Wullenweber i Sønderborg. Wullenweber havde udviklet et elektronisk ensretteranlæg, som han havde store forventninger til på grund af den danske strømforsynings omlægning fra jævnstrøm til vekselstrøm i slutningen af 1950’erne. Han havde selv forsøgt at markedsføre sin opfindelse, men forgæves.

Danfoss fik rettighederne til opfindelsen mod at indfri Otto Wullenwebers gæld, og han blev ansat som afdelingschef i en ny afdeling, Danfoss Electronic.

Danfoss Electronic fremstillede fra 1962 og tre år frem skræddersyede ensrettere i de store effektklasser, men produktionen var ikke lønsom. Afdelingen blev erstattet af et forskningsteam på 20 mand, og det var den afdeling, der skulle finde et område inden for elektronikken, hvor Danfoss skulle gøre sig gældende.

En løsning på et umuligt problem

To af afdelingens ingeniører, Arne Riisager og Arne Jensen, deltog i 1966 i en international konference i London, hvor en foredragsholder påstod, at man kun kunne styre vekselstrømsmotorers hastighed på mekanisk vis.
Nu kunne de godt være taget hjem og sagt, ’det er ikke muligt’.

Det gjorde de ikke. De tog hjem, og sammen med deres kolleger udviklede de en enhed, som var baseret på et patenteret kredsløb, der anvendte nogle af de nye former for halvledere – de såkaldte SRC, Silicon Controlled Rectifier, eller simpelthen bare tyristorer.

Kredsløbet blev hjertet i den første Danfoss VLT-frekvensomformer, der styrer en motors hastighed elektronisk med en energibesparelse på op til 40 procent.

Brevdue-elektronik

Danfoss ansøgte om 14 patenter, der var forbundet med det nye produkt, som også blev afprøvet hos kunderne.

Det kan være lidt af en udfordring at være innovativ. Nogle gange passer det hele sammen, andre gange skal man blive ved for at komme frem til den rigtige løsning.

De første prototyper af frekvensomformere fik meget snart kælenavnet ‘brevduer’, fordi de alt for tit gik i stykker og hurtigt kom tilbage fra kunden, men efter en omfattende fejlfinding var produktet endelig klar til at blive lanceret.

VLT-frekvensomformeren kom på markedet i 1968 og var det første kommercielle produkt af sin art. Det tog flere år, før konkurrerende produkter slog følge på markedet.

Mange anvendelser
I dag er effektelektronik et af Danfoss’ største forretningsområder med forsknings- og udviklingsfaciliteter og produktion og salg af et bredt produktsortiment verden over.

Produkterne er frekvensomformere, der bruges i mange applikationer som for eksempel opvarmning, ventilation, aircondition, køling, føde- og drikkevareindustrien, transportbånd, vand- og spildevandsanlæg – for bare at nævne nogle få. Der udvikles og fremstilles også invertere til solenergi, power-moduler til for eksempel hybrid- og elektriske biler og power stacks til vindenergi.

Frekvensomformere kan spare op til 40 procent energi, afhængig af hvor de anvendes. Af de motorer, der findes i dag, er det kun ti procent, der har elektronisk hastighedsstyring.

Energikrise

Siden introduktionen af de første frekvensomformere er der kommet mange nye produkter.

Det første årti blev mange ressourcer brugt på at forbedre frekvensomformerens evne til at styre motoren på den allerbedste måde, sådan at den drevne maskine kunne køre på en betryggende måde.

I dette arbejde dannedes en række specialversioner, da det blev kendt, at forskellige maskiner krævede forskellig tilpasning, omdrejningstal og drejningsmoment. Samtidig fandt man nye muligheder for energibesparelser ved reduktion af omdrejningstal – noget, der blev interessant i 1970’ernes energikrisetider.

Danfoss var blandt de allerførste, der udviklede et såkaldt decentralt princip, hvor frekvensomformere sad meget tæt på motoren eller endog direkte påbygget motorer.

De første frekvensomformere var store, klodsede og oliekølede. I slutningen af 1970’erne kom de første luftkølede udgaver, og samtidig blev der mere interesse om frekvensomformerens integration med de omgivende kontrolsystemer. I disse år kom de første fieldbus-systemer, som revolutionerede automatiseringsindustrien.

Der kom mange udbydere af frekvensomformere. Nogle havde et bredt produktprogram, andre var mere nicheprægede. Danfoss har altid haft fokus på at være specialist i frekvensomformere, der kunne styre alle standardmotorer og indgå i kundernes automatiseringsløsninger.

Mange krav at opfylde

Kravene fra kunder blev mere og mere konkrete, hvilket betød specielle versioner og andre tilpasninger. For eksempel var Danfoss blandt de allerførste, der udviklede et såkaldt decentralt princip, hvor frekvensomformere sad meget tæt på motoren eller endog direkte påbygget motoren.

Det betyder korte motorkabler og billigere installation, men stiller selvfølgelig krav til frekvensomformere om, at de kan sidde i det samme industrielle miljø som motoren.

Frekvensomformere er i dag udbredt til stort set alle geografiske egne på Jorden, og det faktum, at den elektroniske enhed er afhængig af den lokale elforsyning, har betydet en del fokus fra Danfoss’ side.

Selvfølgelig skal Danfoss’ produkter kunne køre på alle gængse elforsyninger. Derudover har Danfoss gennem det seneste årti udviklet filterløsninger til at forbedre kvaliteten i elforsyningen. Dette er i store dele af verden kendt som reduktion af harmoniske strømme, der opstår, når der er store usymmetriske belastninger for eksempel grundet ensretterbelastninger.