基于IGBT的大功率二极管箝位型三电平变频器是目前广泛应用的中高压交流传动系统方案之一。本文从杂散电感可能在换流过程中引发的问题、大功率散热管理和抗电磁干扰三方面出发,完成了主电路系统与硬件三维结构设计,散热设计,电磁兼容设计,驱动、控制和保护电路设计等工作,并制成一台高功率密度750kVA三相二极管箝位型三电平变流模块。IGBT关断电压尖峰是其中的主要问题,解决它的最有效方法是采用叠层母线连接器件。针对二极管箝位型三电平拓扑两个基本强迫换流回路,本文用ANSOFT Q3D软件比较研究了三类适用于多层母线排的叠层方案,并提出了一种新颖的叠层母线分组连接结构,结合特殊设计的吸收电容布局,减小了各IGBT模块的关断过冲,省去阻容吸收电路,并优化了高频电流在不同电容间的分布,抑制电解电容发热。通过理论计算与仿真两种方式计算该设计方案的杂散电感,并用实验加以证实。本文还设计了大面积一体化水冷散热器,表面可以贴装15个功率器件和若干传感器和平衡电阻,采用水冷方式以迅速带走满载运行时开关器件的损耗发热,并能达到结构紧凑和防爆的效果。在散热器内部设计了细槽水道结构以避开100多个定位螺孔,同时可以获得更大的热交换面积。本文分析了SCALE驱动芯片的两类器件级短路保护原理,并设计了针对两类保护动作的阈值测试实验,以确保每个器件在安全范围内工作;设计了系统控制和三类系统级保护电路;驱动板和控制板的布局布线经过合理安排能在较强的电磁干扰下正常工作。论文最后,在电抗器、电阻器、异步感应电机等不同类型、各功率等级负载下,对变流模块进行了测试,并解决了直流中点电压平衡问题。各实验证实了设计理论并体现了良好的应用效果。