绪论

电力电子技术虽然诞生的时间不长，但它的应用领域却极广，无论是传统工业，如电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等行业的技术改造，还是高新技术产业，如航天、激光、通信、机器人等领域，无不闪现着电力电子技术的身影，电力电子技术的应用几乎遍及国民经济的各个工业部门，乃至日常生活的诸多方面。电力电子技术已迅速发展成为融合控制技术、电力技术、电机工程和电子技术等多学科知识于一体的综合性技术。电力电子技术及其产业的进一步发展为社会节能降耗、提高生产效率提供了行之有效的技术手段，必将给人类社会现代化生产和现代化生活带来深远的影响。

电力电子技术是与电能处理相关的一门综合性技术。将电子技术与控制技术应用到电力领域，通过电力电子器件组成的各种电力变换电路，实现电能的转换与控制，称为电力电子技术。它主要包括电力电子器件、电力电子电路（变流电路）和控制技术三个组成部分。其中，电力电子器件是基础，变流电路是核心，控制技术是纽带。

1957年美国通用电气（GE）公司发明了半导体开关器件——晶闸管，以此为基础的可控硅整流装置的出现，标志着电力电子技术的诞生。在随后的50多年里，电力电子技术在器件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化。

电力电子器件的发展一般可分为三代，第一代电力电子器件是硅整流管（又称电力二极管）及晶闸管。硅整流管产生于20世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前，硅整流管已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种主要类型。硅整流管对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面具有非常重要的作用。目前又研制出一些新型高压快恢复整流管。

晶闸管的诞生为电力电子新器件的不断出现奠定了基础。1964 年双向晶闸管开发成功；1965年小功率光触发晶闸管出现；20世纪60年代后期，大功率逆变晶闸管问世；1974年，逆导晶闸管和非对称晶闸管研制完成。到20世纪70年代，晶闸管已经形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品。普通晶闸管广泛应用于交直流调速、调光、调温等低频（400Hz 以下）领域。双向晶闸管常用于交流调压和调功电路中。光控晶闸管用于高压直流输电（HVDC）、静止无功功率补偿（SVC）等领域。逆变晶闸管主要用于中频感应加热。非对称晶闸管是一种正、反向电压耐量不对称的晶闸管，逆导晶闸管是非对称晶闸管的一种，逆导晶闸管主要用于逆变器和整流器中。由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统大大提高了电能的利用率，同时也使工业噪声得到一定程度的控制。

第二代电力电子器件具有自关断能力，是超大功率、高频全控器件，它极大地提高了开关控制的灵活性。自20世纪70年代中期起，电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、电力场控晶体管（功率MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）、MOS控制晶闸管（MCT）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等通、断两态双可控器件相继问世，电力电子器件日趋成熟。全控型器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。

第三代电力电子器件将是智能功率集成电路或功率IC。20世纪90年代后，电力电子器件研制进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。功率集成电路（PIC）是指将高压功率器件与信号处理系统及外围接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片的集成电路，可分为智能功率集成电路（SPIC）和高压集成电路（HVIC）两类，统称为智能功率集成电路或功率 IC。它实现了器件与电路的集成，强电与弱电、功率流与信息流的集成，成为机和电之间的智能化接口，是机电一体化的基础单元。

电力电子技术中变流电路的发展先后经历了整流器阶段、逆变器阶段和变频器阶段，电力电子技术在许多新领域得到应用。20世纪60年代和70年代处于整流器阶段，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，用于电解、牵引和直流传动三大领域中。在20世纪70年代到80年代，进入逆变器阶段，交流电动机变频调速因节能效果显著而迅速发展，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管和门极可关断晶闸管成为当时电力电子器件的主角。20世纪80年代末期和90年代初期迎来了变频器大发展的阶段，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。

伴随着电力电子器件经历了工频、低频、中频到高频的发展历程，电力电子电路的控制从最初由分立元件构成的通过相位控制实现目的的控制电路发展到集成控制器，出现多种专用模拟集成控制芯片，再到如今实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展，实现电力电子装置运行的智能化。

电力电子技术作为一门新兴的高新技术，已被广泛地应用于高品质交直流电源、电力系统、变频调速、新能源发电及各种工业与民用电器等领域，成为现代高科技领域的支柱技术。