电机是电力电子技术应用的重要领域,为了改善电机的控制性能和响应节能减排的号召,绝大多数电机采用变频调速控制,在实际使用最多的是交-直-交变频器,所以前级的整流电路必不可少。而传统的整流电路会造成电网“污染”,且无法实现能量回馈电网,这不符合当今时代的发展。PWM整流器可以实现网侧单位功率因数,且能可逆运行回馈电能,能有效的治理电网“污染”问题,并可减少补偿装置的投入,因此近年来高功率因数可逆PWM整流器的研究受到了广泛关注。本文以三相三电平NPC-I型PWM整流器拓扑为研究对象,分析了它的工作原理和动态换流情况,给出了三相三电平NPC-I型PWM整流器的可逆运行工作条件,通过引入开关函数建立了三种不同坐标系下的数学模型和等效电路。在d-q坐标系下,基于电流解耦的电网电压矢量定向控制研究了 PWM整流器的双闭环控制策略,其中电压外环用于稳定直流侧母线电压,电流内环用于跟踪网侧正弦电流。合理简化得到PWM整流器的控制模型,并给出了电压、电流环PI控制器参数的整定方法。与正弦脉宽调制(Sinusoidal PWM,SPWM)相比,空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的直流侧电压利用率高15%,谐波抑制能力好,且容易通过数字芯片实现控制。本文研究了预分解SVPWM调制方法,详细给出了预分解SVPWM快速算法的步骤,并给出了具体实现过程。基于三个固定参考矢量作用方式,设计了一种七段式时序表并给出了工作矢量作用时长的确定方法,结合TI公司的数字控制芯片TMS320F28335给出了驱动配置实现方法。论文从小矢量着手揭示了它对中点电位的影响机理,并通过控制因子改变正、负小矢量的作用时间,最终实现了基于控制因子的中点电位平衡控制方法。论文针对三相三电平NPC-I型PWM整流器应用于电机驱动器负载场合,设计了漏电流保护电路,提出了一种快速的漏电流检测保护方法,能有效提高系统的可靠性。这种方法是由漏电流检测互感器、自激振荡器、二阶有源低通滤波电路和微分检测保护电路组成。通过漏电流检测互感器检测到漏电流信号,经自激振荡器产生的高频载波调制后送到有源低通滤波器,滤波后再次得到低频漏电流信号,最终经过采样调理电路调理后送到TMS320F28335的AD采样口,根据采样得到的漏电流数据,由程序算法按漏电流大小实施分组保护;同时自激振荡器的输出信号还会送到微分检测保护电路,当漏电流较大时致使自激振荡器输出较高频率的振荡波形,从而使得微分检测保护电路动作以实现漏电保护电路的快速保护功能。本文对三相三电平NPC-I型PWM整流器的主电路参数进行了设计,并给出了相应的参数计算方法,包括输入LCL滤波器参数、功率开关器件选型、直流母线电容参数和辅助电源变压器的设计。针对非隔离的电机驱动器负载中存在的共模漏电流问题,在传统漏电流检测电路基础上,设计了微分检测保护电路。论文最后使用PSIM软件搭建了三相三电平NPC-I型PWM整流器主电路仿真模型,验证了所采用电路及控制策略的正确性。在仿真验证的基础上,搭建了 16kW三相三电平NPC-I型可逆PWM整流器的功率电路及其数字控制电路实验平台,通过实验验证了论文中理论分析和设计方法的正确性。