永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有结构简单、体积小、质量小、起动转矩大、动态响应快、功率密度大、运行效率高等优势,应用非常广泛。由于机械式位置传感器存在造价高、体积大、接线复杂、抗干扰能力差等缺陷,无位置传感器控制算法被广泛应用在电机控制领域,然而没有单一的算法能满足电机全转速范围的运行要求,因此研究一套永磁同步电机在全转速范围的无位置传感器控制技术十分重要。为了满足电压等级更高、功率更大的应用场合,研究低开关频率下大功率NPC三电平变流器的脉宽调制算法,对提高系统性能与经济效益具有重要意义。首先,针对大功率变流器开关频率低、基波频域宽、电机高速运行时载波比低等问题,为了改善输出波形质量,减少谐波含量,在多模式分段同步调制算法的基础上,分析了选取载波比数值、划分频段区间、确定载波比切换方案的方法和原则;针对载波比切换过程中存在的输出电压相位突变、电流冲击和转矩脉动等问题,采用了在载波信号低谷点切换的方法,比传统的切换方法精度更高、延时更短。仿真结果表明这种调制算法的输出波形正弦度高,总谐波崎变率低,实现了低开关频率下大功率电机变流器的优异控制。其次,分析了永磁同步电机的饱和凸极性,基于等宽基本电压矢量法,结合NPC三电平拓扑的特点,提出了利用大矢量和中矢量产生十二组等宽基本电压矢量的方法,实现了转子初始位置的计算,解决了转子初始位置检测精度低或算法复杂的问题。仿真结果表明该方法检测精度较高,能满足电机平稳起动要求。第三,在中高速阶段,基于永磁同步电机的基波模型,使用低通滤波补偿积分器对反电动势进行积分检测转子位置。仿真结果表明该方法简单可靠,检测精度高,具有较好的动态与稳态性能。最后,分析了永磁同步电机I/f控制电机起动的过程,以及无位置传感器矢量控制的基本原理,基于这两种控制策略建立了两个同步旋转坐标系,详细分析了两个坐标系之间的关联,将这两种控制策略之间的切换等价转化成两个同步旋转坐标系之间的切换。通过仿真验证了切换算法的有效性,实现了永磁同步电机全转速范围无位置传感器控制。