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电力电子技术发展及应用综述

摘要：电力电子技术是利用电力电子器件（比如GTO、IGBT、晶闸管等）对电能加

以控制与变换的一种技术。它既是电子学在强电领域的分支，也是电工学在弱电领域的分

支，总之它是强电与弱电相结合的一门学科。电力电子技术作为一门新兴技术，已经被广

泛应用于通信、能源、生命科学、环保以及材料等领域，并且其发展势头日益强劲。电力

电子技术在国民经济发展以及人们日常生活中扮演着非常重要的角色。本文分析了电力电

子技术的发展，并从八个方面，简要论述了电力电子技术所应用的领域。

关键字：电力电子技术、发展、应用

1发展

纵观电力电子技术的发展动向，是由低频技术处理向高频技术处理逐步转变。电力电

子技术开始于上世纪五十年代末与六十年代初的硅整流器件，随后经历了整流器时代、逆

变器时代、变频器时代，随着电力电子技术的快速发展，这一技术已经被广泛应用于社会

的诸多领域。而上世纪八十年代末与九十年代初出现的功率MOSFET与IGBT，也就是

高频、高压、大电流的功率半导体复合器件，标志着传统电力电子技术时代的结束与现代

电力电子时代的兴起。

上世纪九十年代的电力电子技术着重于研究高频化、集成化、模块化与智能化。理论

与实践证明：电气产品体积与重量缩小与供电频率的平方根成反比，也就是说，当我们把

50Hz的标准工频进行大幅度提高以后，使用这一工频的电子仪器的体积与重量将会大幅

度缩小，这将会使用于制造电子设备的材料大幅度缩减，运行过程中的电能节约也会日趋

明显，电气设备系统的各项性能将会大幅度改善，这一点将会对冶金行业的快速发展产生
深远影响。因此，电力电子器件的高频化已经成为未来电力电子技术发展的主导方向，同

时硬件结构的模块化、标准化也将会是器件发展的一个必然趋势。现阶段，飞速发展的模

块已经囊括了开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并且

已经生产出一系列产品，同时在可靠性上达到了非常高的标准。

随着经济的快速发展，能源问题日益突显，这使得世界各国普遍关注电力电子技术的

发展态势，也使各国投入大量精力对其进行生产研发。一方面有着自关断能力的高频元件

的开发与利用已经取得了令人惊喜的地步；另一方面，电力电子技术与微电子技术的融合

也使新一代电力电子技术锋芒毕露。有的专家断言：智能化功率集成电路的兴起与推广必

将在二十一世纪引起第二次电子学革命。

2应用

2.1在再生能源发电领域的应用

目前，世界能源仍旧是以污染较为严重且资源有限的化石燃料为主。随着人们环保意

识的逐渐提高，那些干净清洁的可再生能源比如风能、生物质能、太阳能、潮汐能、地热

能等等，迎来了发展的黄金时期，但是想要真正发挥这些绿色能源的巨大优势，就必须广

泛应用电力电子技术。比如在风能的开发与利用领域，风能机电系统融合了机械制造学、

空气动力学、计算机控制技术以及电子技术，但最重要的还是电力电子技术，因为电力电

子技术在电能转换、机组控制以及电能质量改善等方面，都发挥着至关重要的作用。

2.2在交通运输领域的应用

目前，电气化铁道已经广泛应用电力电子技术，比如直流机车所采用的整流装置，交
流机车所采用的变频装置。除了那些牵引类电机传动以外，车辆之中的辅助电源也同样无

法离开电力电子技术。比如电动汽车的电机主要是靠电力电子装置来实现驱动控制与电力

变换的，同时电动汽车的蓄电池充电，也是依靠电力电子技术，再比如飞机、轮船，甚至

是电梯，都需要电力电子技术提供强大的支撑。

2.3在家用电器领域的应用

电力电子技术在工业制成品领域内被广泛应用的同时，也在悄然改变人们的生活。比

如电力电子控制学能够将人类从繁杂的家务之中解放出来，洗衣机、洗碗机、空调等家用

电器的出现，使人类不再从事这些劳动，使人们尽情享受生活。再比如变频空调器是一个

最典型的例子，它能够提高高频荧光灯的效率，使高频荧光灯的效率比白炽灯提高了2—

3倍，同时还能够节约30%的电力能源。电视、音响以及计算机等设备都需要应用到电

力电子技术，没有这项技术，上述这些机械设备都将无法正常运转。随着电力电子技术的

快速发展，家用电器也日趋智能化，这必然为人们节省更多的时间来享受生活。

2.4在UPS系统中的应用

紧急供电系统是电力自动化系统得以安全运行的重要保证，同时也是通信设备、计算

机以及其他要求持续供电场合所必备的一种可靠电源。目前，UPS系统通常采用的是利用

脉宽调制技术和IGBT、MOSFET等电力电子元件，这些电力电子元件的使用不但使电源

的噪音大大降低，同时也使设备的效率大幅度提高。

2.5在节能领域中的应用

目前，能源问题已经成为世界范围内广泛关注的问题，而且工