能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题，在新能源尚未开发的情况下，节能就显得至关重要。开发高压多电平变频节能装置并推广使用，对降低我国的工业能耗有重大意义。高压变频器的产业化始于80年代中期，随着大功率电力电子器件制造技术的迅速发展，高压变频器的产品正向着高可靠、低成本、高输入功率因数、高效率、低输入输出谐波、低共模电压以及低dv/dt等方向发展。级联多电平变频器具有电网谐波污染小，输入功率因数高，输出波形好等优点，在高压电机节能调速领域具有无与伦比的优势。因此，本文以级联多电平变频器拓扑结构为研究对象，主要进行了以下工作：(1)比较分析了多电平逆变器典型拓扑结构的原理和优缺点，建立了级联多电平变频器的数学模型，给出了选择三单元串联的级联多电平逆变器作为研究对象的原因。(2)比较分析了多电平逆变器的载波调制方法与空间电压矢量调制方法，详细的介绍了它们的分类、控制原理，揭示了两者之间的本质联系，指出了本设计采用载波移相的控制策略的原因，最后给出了三单元串联的级联多电平变频器在载波移相的控制策略下输出电压的仿真波形。(3)在前面理论分析的基础上，首先，设计了三个功率单元串联的级联多电平变频器的主电路、控制电路和数据采集电路。逆变主电路以智能功率模块IPM为核心，控制系统以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心。然后，详细阐述了控制系统实现的功能和软件设计过程。最后，在设计的级联多电平变频器实验台上，对载波移相调制方法进行了实验，实验结果验证了主电路设计的正确性和控制系统设计的可行性。