电力牵引系统具有调速范围宽、功率大、直流母线电压高的特点,在电气化高铁及动车组中得到了广泛应用,研究电力机车牵引变换器的调制方法和控制方法具有重要意义。本文以交流电机变频调速的调制方法为主线,针对多种不同的电机类型进行研究。提出了基于零序电压注入的同步载波SPWM过调制方法。该方法结合同步调制和过调制,详细推导了在线性区、补偿区和修正区的电压矢量给定值表达式,灵活的实现由线性区到六阶梯波区的过渡。在MATLAB/SIMULINK中进行了仿真研究,并在大功率异步机平台和小功率永磁同步电机平台上做了实验验证。仿真和实验结果表明所提出的方法能够减小电流谐波、提高电压利用率、降低开关频率且能够平滑实现由圆形磁链到六边形磁链的过渡。针对原调制方法开关损耗大、谐波电流大的问题,提出了基于SPWM和SHEPWM相结合的同步多模式载波调制方法。文中分析了SHEPWM在多模式下的实现理论,详细推导了不同开关角下的切换时刻,设计了同步多模式切换策略,并用DSP进行了调制实现。用MATLAB/SIMULINK进行了仿真研究,在阻感性负载下进行了谐波分析,在异步电机实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明所提的同步多模式SHEPWM载波调制方法能够减小电流谐波、消除低频转矩脉动、降低开关频率并能实现各模式间的平滑切换,该方法可用于机车牵引变换器。随着电力机车功率的不断增大,多相高速电机在机车牵引中的应用变得越来越重要,在三相电机控制的基础上进行了多相电机高性能无速度传感器矢量控制和调制方法研究,传统多相电机调制方法使用载波调制的SPWM,该方法电压利用率低、在高转速范围下载波比小且开关损耗大。为了解决以上问题,推导了通用多相电机零序电压注入统一SVPWM的实现方法。以五相异步电机为例分析了五相异步电动机下统一SVPWM电压利用率,推导了五相电机异步电机基于全阶观测器的无速度传感器实现方法,并在五相电机小功率平台上进行了实验验证,实验结果表明所提出的统一SVPWM方法可以提高电压利用率,基于全阶观测器的多相电机无速度传感器控制能够准确的估计电机速度实现无速度传感器控制。该方法可以做为牵引多相电机无速度传感器方法。永磁同步电机具有功率密度高、效率高和成本低等优点,结合永磁同步电机和多相电机的优点,多相永磁同步电机成为当前国内外研究的主流。由于模型预测控制方法具有实现简单,可无调制环节,直接对电机转矩和磁链进行控制,对机车电牵引的应用具有一定的优势。本文研究了五相永磁同步电机模型预测控制方法。在实现模型预测控制对五相永磁同步电机控制的基础上,对模型预测五相永磁同步电机的转矩和电流控制进行了优化。提出了二次选择法和谐波电压消除法,两种方法分别对谐波平面的谐波电压和模型预测控制中的32个电压矢量进行消除和优化,仿真和实验结果均表明,提出的方法可以优化模型预测五相永磁同步电机的电流和转矩,该方法在无调制的模块的基础上可以应用于机车电牵引的变换器中,发挥模型预测控制和多相电机的多个优点。