电力电子技术的发展史

简述电子技术的发展历程作者：周梓鑫来源：《科教导刊·电子版》2016年第16期摘要电子技术的应用和发展日新月异。

本文重点介绍了当前我国电子技术的发展历程，分别从电子整流时期、电子逆变时期和变频时期等多方面加以简要综述。

关键词电子技术发展过程智能化中图分类号：TN07 文献标识码：A电子技术是依据电子学的基本原理，利用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，其中包括电力电子技术和信息电子技术两大分支。

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术；包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。

信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。

电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波和转换。

电子技术研究的是电子器件及其电子器件构成的电路的应用。

半导体器件是构成各种分立、集成电子电路最基本的元器件。

随着电子技术的飞速发展，各种新型半导体器件也层出不穷。

现代电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。

其发展先后经历了电子整流时期、电子逆变时期和变频时期，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。

1电子整流时期20世纪50年代中期到70年代末期，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）的电力电子技术发展比较成熟。

其发展起始于硅整流器件，先后经历了电子整流时期、电子逆变时期和变频时期，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。

期间主要是大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用。

1948年晶体管的出现引发了电子工业革命，半导体器件开始应用于通信领域，1957年，晶闸管的诞生扩展了半导体器件功率控制范围，属于第一代电力电子器件。

电力电子技术的发展史电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。

信息电子技术包括 Analog (模拟) 电子技术和 Digital (数字) 电子技术。

电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。

目录电力电子技术现代电力电子技术高频开关电源的发展趋势半导体器件基础电路发展1．电力电子技术发展现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。

电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。

八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

整流器时代大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。

大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。

当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

逆变器时代七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。

变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。

在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普与,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。

电力电子器件发展简史各种产品设备对电源的不同要求，催生了电力电子技术；电力电子器件的不断涌现，又发展了电力电子技术。

早在1900年，美国纽约地铁为了从交流电网中获取直流电源给地铁列车供电，就开始采用机械整流器的方法。

由于机械整流器是旋转的，且整流用的电接触部分是相对运动的，因而存在高损耗、大维修量等诸多问题，促使人们研究其他更好的技术来实现电源的变换，特别是以1948年发明晶体管为代表的半导体技术。

1957年美国通用电气公司(General Electric, GE)发明了可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)，后被国际电工学会正式命名为晶闸管(Thyristor)。

可控硅于1960年正式供应市场。

由于可控硅是PNPN结构，具有更低的导通压降，又是可控的器件，因此它的发明被称为电子学的第二次革命。

从现代角度来理解电力电子技术的内涵，晶闸管可以说是第一种电力电子半导体器件，它开启了电力电子技术的新纪元。

1981年，IGBT诞生了。

由于其驱动损耗小、通态压降低、开通和关断时不必采取额外的措施来限制电流电压变化率，因此IGBT自投放市场以来，比起先前的各种可关断器件，更受到使用者的青睐。

通过不断改进结构和工艺，现在容量已经达到6500V/2400A。

混合型器件不断得到开发，1987年开发出了静电感应晶体管(Static Induction Transistor, SIT)和静电感应晶闸管(Static Induction Thyristor, SITH)，1988年开发出MOS控制晶闸管(Mos Controlled Thyristor, MCT)，1991以后年开发出不同的发射极开关的晶闸管(Emitter Switched Thysistor, EST)，1996年开发出集成门极换向晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor, IGCT)，1998年开发出注入增强门极晶体管(Injection Enhancement Gate Transistor, IEGT)，等等。

电力电子技术的发展与应用作为电气自动化的学生，我们有必要对专业课程电力电子技术做个全面的了解。

我们先对电力电子的定义做了解，再对电子电力技术的发展做大致介绍，最后综述电力电子技术的应用。

电力电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。

电力电子技术包括电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制三个方面，涉及电力电子器件，电力电子设备和系统，电力电子技术在各个行业的应用。

与以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于功率（电力）变换，所变换“电力”功率的范围小到数瓦（W），大到数百兆瓦（MW）甚至吉瓦（GW）。

电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术，电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。

因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。

电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。

电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。

近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。

电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。

电力电子技术的发展史：一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。

晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明期。

1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。

20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。

1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。

晶闸管时代，晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并且其应用范围也迅速扩大。

目录 1 为什么电力电子很重要？2电力电子应用 3 电力电子与新能源应用4 电力电子技术演进5 功率半导体器件发展 6 电力电子变流器发展 7 传动电机发展1～3、（略）4电力电子技术的演进电力电子技术的发展阶段：电力电子和电机驱动历史上的几个重要事件1897 年三相二极管桥式整流器的开发1906年Peter Cooper Hewitt 演示玻璃壳汞弧整流器1907 年 Kramer 驱动器1926 年 Scherbins 驱动器年热阴极闸流管是引入l 1930 年纽约地铁安装了用于直流驱动器的 3mw 电网控制汞弧整流器l 1931 年在德国铁路上引入了汞弧循环转换器，用于电动机牵引驱动l 1934 年安装了充气晶闸管管式循环转换器 - 同步电机（400 马力）在洛根发电站进行引风机驱动（首次实现交流变频驱动）l 1948 年贝尔实验室发明晶体管l 1956 年硅功率二极管问世l 1958 年通用电气将商用半导体晶闸管（scr）推向市场公司l 1971 矢量控制（或磁场定向控制）问世l 1975 日本东芝公司引进l 1978年ir公司推出功率moseet市场l 1980年日本大功率gtol1981年二极管钳位多电平逆变器l 1983年通用电气推出igbt l 1983年推出空间（电压）矢量pwm技术l 1986年直接传递转矩控制技术（dtc）问世l 1987年，模糊逻辑首次应用于电力电子l 1991年，人工神经网络应用于直流电机驱动l 1996年，abb公司将正向阻断型igct推向市场5 功率半导体器件的发展l 二极管 (1955)l 晶闸管 (1958)l 双向可控硅 (1958)l Gate可以关断晶闸管（gto）（1980）l 双极功率晶体管（bjt 或 gtr）（1975）l 功率场效应管 (1975)l 绝缘栅双极晶体管（1985）l 绝缘栅双极晶体管（igbt）（1985）l 静电感应晶体管（坐）（1985）l 集成门极整流晶闸管（igct）（1996）l 碳化硅器件器件工频趋势如图3所示。

电力电子技术的发展和应用随着电力电子技术的快速发展，它在能源转换、电力调节、能量存储等方面的应用日益广泛，并成为当今工业制造业中不可或缺的一环。

本文将从发展历程、技术分类、应用领域等方面来探讨电力电子技术的发展和应用。

一、发展历程电力电子技术是在运用电子技术将交流电转换为直流电的过程中逐渐形成的。

由于交流电源在供应长距离输电时，无法达到高效稳定的要求，而直流电源更适合远距离输电，且易于调节电压和电流。

自20世纪60年代开始，电力电子技术逐步发展成熟，进入了成熟发展阶段。

20世纪30年代，晶体管被发明出来，从而奠定了电力电子技术的基础。

自此以后，电力电子技术在电源和驱动技术、变频技术、电力控制等方面获得了广泛的应用，特别是随着半导体技术、微电子技术、数字控制等技术的快速发展，电力电子技术得到了更为广泛的应用。

二、技术分类电力电子技术可分为直流电源技术、交流电源技术、变频技术、电力控制技术、光电转换技术等多个方面。

1. 直流电源技术直流电源技术主要应用于直流电驱动领域，包括直流电机、直流电动车辆、电力机车等领域。

2. 交流电源技术交流电源技术是将交流电转换为直流电的技术。

常用于电气设备的稳定供电，如电脑、电视、冷气等家用电器。

在高压输电系统中，电力电子变流器已成为控制能量流的关键技术。

3. 变频技术变频技术主要针对交流电源，并可以调节电源的频率与电压，以达到更好的能耗效率，因此被广泛应用在空调、电风扇、冰箱等家电上，以及工业生产中的变频控制系统，如水泵、电机、压缩机等。

4. 电力控制技术电力控制技术主要涉及电力电子设备的关键芯片、组件和系统的设计、制造、选择和运行。

电力控制技术的发展促进了节能减排，提高了电能利用率，减少了损耗，节约了成本。

5. 光电转换技术光电转换技术是将光能转化成电能的技术，是电力电子技术的重要分支之一，主要应应用于能量采集和存储等环节，如太阳能电池板、光伏电站、数码相机等。

三、应用领域1. 能源转换电力电子技术在能源转换方面的应用越来越广泛。

电力电子技术的发展与应用电力电子技术是指通过电子元器件的放大、开关、调节等功能，将电能进行变换、控制、调节和保护的技术。

它从诞生到成熟，经历了漫长的历史过程，如今已广泛应用于各个领域，为人们的生活和工作提供了诸多便捷和效益。

一、电力电子技术的发展历程电力电子技术的起源可以追溯到20世纪初。

当时，人们对电子元器件和电力系统的相互作用有了更深入的认识和研究，先后出现了半导体整流器、大功率晶闸管、可控硅等电子元器件，为电力电子技术的发展提供了坚实的基础。

20世纪50年代，电力电子技术迎来了飞速发展的阶段。

当时，欧洲和美国率先开展了电力电子技术的研究和应用，涌现出了直流输电、交流输电、成组技术等一系列创新，为电力系统提供了更高效、更先进的技术手段。

20世纪70年代，电力电子技术成为了电力工业最具活力和潜力的领域之一。

当时，先进国家开始着手开发和应用交流电势能转换、电荷-电流倍增和电荷-电压倍增等技术，推动了电力电子技术的跨越式发展。

21世纪以来，随着信息技术、通信技术、能源技术等各个领域的快速发展，电力电子技术也开始向高效、智能、节能、环保等方向进军，不断推动电力工业的创新和升级。

二、电力电子技术的应用领域现代社会中，电力电子技术已经渗透到了各个领域。

以下是其中的几个典型应用领域：1. 电压变换器：电压变换器是电力电子技术的一个典型应用，它可以将一种电压转换为另外一种电压，并在电网上进行无级调节。

电压变换器一般应用于高压直流输电、列车牵引、风力发电等领域，为这些领域提供了高效、稳定的电力支持。

2. 电力电子器件：电力电子器件是电力电子技术的核心部件，它包括可控硅、晶闸管、新型功率半导体等等。

这些电子器件被广泛应用于电磁炉、变频空调、UPS电源等家用电器中，可以实现节能、环保的效果。

3. 电力器件保护：电力电子技术不仅可以进行电力转换和控制，还可以实现电力器件的保护。

例如，钳式电流互感器可以保护晶闸管，降低其损坏的风险；电力电容器则可以有效防止设备的故障和损坏。

研究生学位课程《现代电力电子学》的学习提纲与要求一．本课程的目的与意义目前电力电子技术已成为国家经济领域中不可缺少的基础技术和重要手段，大至兆瓦级的高电压大电流的电气工程直流输电，小Array至家用的各种电器，无不渗透电力电子技术。

国际上公认电力电子技术的诞生是以1957年第一个晶闸管问世为标志的。

电力电子这一名称迟至60年代才出现1974年，美国W.E.Newell用右图的倒三角形对电力电子学进行了描述。

认为电力电子学是电力学，电子学和控制理论三个学科交叉结合形成的一门新型学科，随着科学技术的发展电力电子技术又与控制理论、材料科学、图一描述电力电子学的倒三角电机工程、微电子技术、计算机技术等许多领域密切相关。

目前，电力电子技术逐步发展成为一门多学科相互渗透的中和性学科。

可以将电力电子技术定义为：以电力为对象，利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，若认为微电子技术的信息处理技术，那么电力电子技术就是电力处理技术。

电力电子学除涵括技术和应用外，还有电力电子技术和相关学科的理论问题。

目前，许多高新技术均与电网的电流、电压、频率和相位等基本参数的转换与控制相关。

现代电力电子技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理。

特别是能够实现大功率电能的频率变换，为多项新技术的发展提供了有力的支持。

因此，现代电力电子技术不仅本身是一项高新技术，而且是其它高新技术的发展基础，电力电子技术可应用到各工业、电力、交通、冶金、化工、电信、国防、家电等各个领域，尤其与微电子、计算机技术、现代控制理论相结合，其应用面越广，自动化水平，快速性和可靠性发展越来越快，技术水平越来越高，为现代生产和现代生活带来了深远的影响。

简而言之，电力电子技术应包含电力电子器件，电力电子电路，电力电子装置及其系统三方面的内容，这三者有着密不可分的关系，随着器件的不断发展，电路和装置乃至系统，更容易发展。

更加现代化。

现代电力电子技术有如下特点：1）集成化，2）高频化，3）全控化，4）电路弱电化，5）控制技术数字化，6）多功能化。

现代电力电子技术及应用电力电子技术是指以半导体器件为核心，应用电子技术来实现电力转换、控制和保护的技术。

电力电子技术的发展，不仅加速了电力系统的进步，而且也成为现代电子技术应用领域中的重要组成部分。

本文将以电力电子技术的发展、应用和前景为主线，进行以下详细阐述。

一、电力电子技术的发展电力电子技术的发展始于20世纪60年代，主要是针对电力变频调速和谐波污染这两个问题。

20世纪70年代到80年代，随着电力电子器件如晶闸管、功率场效应管（MOSFET）和可控硅（SCR）等的出现，电力电子技术逐渐成熟，并在电力系统中得到广泛应用。

在这个阶段，电力电子技术主要应用于电动机的调速控制、输电线路电力因数补偿、谐波抑制等方面。

20世纪90年代以来，随着高压直流输电（HVDC）技术、柔性交流输电（FACTS）技术和电能质量（PQ）控制技术的发展，电力电子技术获得了更大的应用空间。

其中，HVDC技术不仅弥补了交流传输中输电线路对环境的影响，还提高了长距离输电效率；FACTS技术则通过直接控制交流输电系统的电压、电流和相位等参数，实现对电力系统的灵活控制，提高电力系统的可靠性和稳定性。

此外，电能质量控制技术也在消除电路中的谐波、尖峰电流和点状变压器等方面发挥了重要作用。

二、电力电子技术的应用在电力系统中，电力电子技术已经广泛应用于能源转换、输配电和工业自动化等领域。

下面将重点介绍电力电子技术在这些领域中的应用。

1、能源转换应用电力电子技术在能源转换中的应用包括风力发电、太阳能电池和燃料电池等方面。

其中，风力发电和太阳能电池都属于可再生能源，将电力电子技术应用于其控制系统中可以提高其发电效率和可靠性；燃料电池则可将化学能转化为电能，成为能源转换领域的理想选择。

2、输配电应用电力电子技术在输配电领域中的应用主要有功率因数补偿技术、电网稳频技术和电网无功控制技术等。

其中，功率因数补偿技术是指通过电容器、静态无功补偿器等设备将系统的功率因数提高到合理的范围，降低输电损耗，提高系统效率和稳定性；电网稳频技术是通过调节负载和电压控制器的频率和电压，使系统频率和电压保持稳定；电网无功控制技术则主要是调节无功电力来维持系统的电压稳定和电能质量。