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世界性的能源危机和环境问题已经引起世界各国对节能技术的广泛关注。大量的能耗不仅造成经济上的浪费,而且因为严重的环境污染而造成极大的社会问题。大容量交流电机变频调速节能装置的研制对我国工业降低能耗具有重大的意义。功率单元级联型多电平变换器因其具有IGBT开关次数少、输出电压谐波含量小以及输入功率因数高等众多优点,在高压变频调速领域得到广泛的应用。本文首先介绍了高压变频器的发展历程和发展趋势,从开始的交—交变频发展到现在的交—直—交变频,指出了未来高压变频器发展的方向。然后介绍了几种常见多电平变换器的拓扑结构及各种拓扑的优缺点,包括二极管箝位型、飞跨电容型、通用箝位型等,并单独对功率单元级联型多电平变换器作了详尽的介绍。论文详细论述了适用于功率单元级联型多电平变换器的控制算法,包括优化PWM控制算法、多电平载波PWM算法,基于优化PWM算法的目的,结合控制自由度的思想提出了一种改进型的多电平载波PWM算法,并用MATLAB搭建模型进行了仿真分析,仿真结果表明这种改进型算法在提高电压利用率和减小谐波含量方面具有较好的性能。在理论分析的基础上,设计了基于DSP+FPGA实现多路PWM脉冲的电路,利用FPGA构造存储器的方法,与DSP结合实现多路载波水平移相PWM的实时脉冲,实验证明改进型的多电平载波PWM算法具有更好的控制性能。主控制器采用TI公司的TMS320LF2812芯片,并结合实际应用设计了控制板保护电路和功率单元箱的驱动保护电路,分析比较了不同调制算法下变频器电压电流输出,通过高压电机的空载和加载启动,证明了变频器性能的稳定性和可靠性。