電氣化鐵路和城市軌道交通從直流到交流傳動的迅猛發展，是和新興的電力電子器件的發展密不可分的。因為任何一種新器件的出現，都會為電力變換技術和控制技術的發展創造突破口，從而大幅度提高變頻器的性能和擴大其應用范圍。

電氣化交通已經有上百年的發展歷史，在工業發達國家廣泛地應用于鐵路和城市軌道交通系統。我國目前鐵路和城市軌道交通的發展與國民經濟的需求及世界先進水平相比，還存在很大差距。但是，通過幾代人的努力，一個交通全面電氣化和牽引交流變頻化的時代正在到來。

世界軌道交通電氣化的發展歷程
1879年5月31日，在德國柏林舉辦的世界貿易博覽會上，由西門子和哈爾斯克公司展出了世界上第一條電氣化鐵路。這條鐵路長只有300m，在上面運行的電力機車只有954kg，最高運行時速達13 km，看起來好像現在的電動玩具。但在其拖車上，確實能夠搭載數名乘客，在4個月的展覽期間共運送8萬多位乘客。這被認為是世界電氣化鐵路的先驅。1881年，西門子和哈爾斯克公司又在柏林近郊的利希特菲爾德車站和軍事學院之間修建了一條長2 145m的電車線路，同年又在法國巴黎國際電工展覽會上展出了第一條長500m的由2條架空導線供電的電車線路，這就為提高電壓、采用大功率牽引電動機創造了條件。這種電車形式的電氣化鐵路的出現，引起了西歐、美國和日本的極大興趣，在接下來的一段時間，英國、瑞典、美國、日本、德國、意大利也都紛紛興建了各自的電氣化鐵路。早期的電氣化鐵路大都采用低壓直流和三相交流供電，主要應用在市內交通、近郊線路和工礦線路上。隨著工業的發展，電氣化鐵路也開始發展到城市間的干線鐵路上來。但是由于科學技術發展水平的制約，交流傳動系統在電氣化鐵路的機車牽引中并沒有占主導地位，但是人們對交流傳動的追求和探索一直沒有停止。

20世紀50年代后，西方工業化國家為了滿足日益增長的運輸需求，開始大規模地進行鐵路現代化建設。各國都開始大量興建電氣化鐵路，電氣化鐵路在總的鐵路通車里程中所占比例越來越大，修建的國家也越來越多。據不完全統計，到2002年底，全世界鐵路的總營業里程為1 185 518．5km，其中沒有修建電氣化鐵道的國家和地區為64個，鐵路總營業里程為105 054 km；已修建電氣化鐵道的國家和地區為65個，鐵路總營業里程為1 080 464．5 km，電氣化鐵道總營業里程為261 688 km。已經興建了電氣化鐵路的國家的電氣化率為23％，歐洲國家的電氣化率達到了46％。共有11個國家(瑞士、瑞典、意大利、日本、西班牙、波蘭、俄羅斯、南非、德國、法國、烏克蘭)電氣化鐵道營業里程在5 000km以上且電氣化率在40％以上，其中瑞士的電氣化率更是高達98％。

20世紀70年代以來，電力電子學和微電子技術的出現和進步，又重新喚起人們對交流傳動系統的熱情。自1971年世界首臺采用異步交流傳動系統的內燃機車DE2500問世以來，交流傳動系統以其突出的優越性受到了各國鐵路運輸部門的關注，獲得了長足的發展，并已基本取代了直流傳動系統。與直流傳動機車相比，交流傳動具有無可比擬的優越性，這已經在各國鐵路運輸系統中得到了廣泛的驗證。交流傳動所用的三相交流異步電動機比直流電動機的功率／體積比和功率／重量比更大，無需經常維護，故障率低。異步電動機的恒功率區比直流電動機大許多，轉速更高，起動牽引力大，持續功率大，有利于實現重載和高速牽引。交流傳動可以很容易地實現電氣制動，大大減少制動閘瓦的消耗，并可以利用制動時反饋的能量，起到節能節油的作用，經濟效益顯著。另外，交流傳動機車的一個突出的優點在于其優良的粘著特性，由于異步交流電動機變頻調速系統具有很硬的機械特性，車輪更不容易打滑或者空轉。其次，交流傳動電力機車牽引和再生工況的功率因數均接近于1，不僅降低了電網損耗而且在再生制動時可將高質量電能反饋給電網，消除了電網對信號和通信系統的干擾。再者，機車采用交流牽引電動機后，簧下重量大大減輕，改善了輪軌動力學性能，降低了機車輪緣磨耗。隨著磁場定向矢量控制和直接轉矩控制等高性能異步電動機控制策略的應用，交流傳動機車的調速性能已經能夠達到甚至超過直流傳動機車。表1是國外比較有代表性的使用交流傳動的電力機車和電動車組。

大容量交流電動機控制系統的發展和電力電子器件的發展是休戚相關的。 80年代以來，以GTO、BJT、MOSFET為代表的自關斷器件有了長足的發展，尤其是出現了高壓IGBT、IGCT(IntegratedGate-CommutatedThyristor)為代表的雙極型復合器件，使得電力電子器件正沿著大容量、高頻、易驅動、低損耗和智能模塊化的方向推進。伴隨著器件的發展，高壓大容量交流電動機控制系統也日益高性能化。90年代在歐、美、日等發達國家與地區，大功率半導體元件的應用已由晶閘管進入到GTO，甚至到高壓IGBT；機車電力傳動已由直流傳動全面發展到交流傳動，直流傳動機車已停止生產，完成了向交流傳動的轉換。

此外，計算機技術的發展使十分復雜的交流傳動控制變得越來越容易實現，從而進一步促進了交流傳動技術的成熟與發展。新型可關斷功率器件不斷涌現，其電壓和電流及開關頻率不斷提高，已完全能滿足機車車輛變流領域的需要。變流裝置結合完善的冷卻技術、保護技術使其具有可靠、無維修的優點。

在鐵路電氣化、牽引交流化的發展浪潮中，人們對鐵路運輸又提出了更高的要求，例如快速、舒適，節能及減少污染等。隨著科學技術的發展以及人們生產生活的需要，高速電氣化鐵路已經成為現在世界鐵路的發展方向。1964年10月1日，日本東京至大阪的東海道新干線開通運營，拉開了世界高速鐵路發展的序幕。1981年以后，法國、德國、意大利、西班牙等國相繼進行高速鐵路建設。法國的TGV，德國的ICE系列高速列車就是其中的代表。國際鐵路聯盟(UIC)曾經有過一個定義，允許最高速度大于等于250km/h的鐵路新線或允許最高運營速度大于200km/h的鐵路既有線，可以稱為高速鐵路。如今的高速列車早就采用了交流傳動并采用計算機進行控制，采用GTO以及更新的IGBT變流元件，運營速度可以達到300km/h，最新的法國的AGV列車和韓國的HSR350x列車時速可以達到350km。高速鐵路將傳統的發展了100多年的鐵路的固有優勢更加提升，在綜合交通運輸體系中與其他現代交通運輸方式相比具有如下優勢：1)最安全的大運能交通 高速鐵路現代化的、完善的安全保障技術，可以防止人為的過失、設備故障及自然災害等突發事件引起的事故。2)高效節能的綠色交通 相對而言，按照每人km消耗能量計，高速鐵路比汽車和飛機要小得多。而且高速鐵路使用的是二次能源——電力，牽引無廢氣、煤煙和粉塵污染，噪聲也比高速公路小，占用的土地也要少得多。3)經濟和社會效益好 高速鐵路處于產業鏈和交通鏈的頂端，發展高速鐵路能夠起到拉動相關產業和相關交通的龍頭作用。高速鐵路沿線地區還有利于吸引人口，增加就業機會，有助于工商企業發展和增加城市財政收入，是一條生氣勃勃的經濟帶。