逆变器是一种电能变换装置,在电能从直流电转换为特定要求的交流变频电源的过程中,有一部分能量消耗在逆变器自身,这部分能量主要以热量的形式存在,对这部分热量的分析和控制对逆变器稳定运行具有至关重要的影响。此外,逆变器作为集众多电力电子元器件于一身的一个高度复杂、高度精密的尖端设备,系统内部的元器件具有热敏感性,也都具有自己正常工作对应的合理温度区域,低于或超出这个合理温度区域均将会影响这些元器件的正常工作,并会出现逆变器对于温度的“木桶效应”,即某一个元器件率先出现故障,就可能引起连锁反应,造成整个系统故障。因此,逆变器在工作过程中需要进行合理而充分的散热,以保证逆变器工作过程中系统内温度适中,并在所有元器件的正常工作温度范围内。本文以三电平逆变器拓扑结构为主回路,以矿井提升机为逆变器负载,在此基础上研究了NPC三电平逆变器基本原理及其调制策略;功率器件损耗分析与计算;叠层母线分析、计算及热平衡控制;散热系统分析、设计及热稳定性控制。针对二极管箝位型NPC三电平逆变器调制策略,对比分析了一种基于参考电压矢量平移的简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation))算法及DPWM(Discontinuous Pulse Width Modulation)调制算法,并提出一种基于DPWM的中点电位平衡策略,该策略兼具降低功率器件损耗和控制中点电位平衡的双重效果。针对大功率逆变器系统内部热场研究缺乏系统的理论分析方法,本文在SVPWM调制策略的基础上采用了一种功率器件平均损耗算法,并结合提升机特殊工况,提出一种动态损耗快速算法,实现对矿井提升机用大功率逆变器动态损耗的快速动态计算。针对大功率叠层母线发热不均衡及设计过程中存在的难以交叉抽象建模问题,提出了一种基于超对称镜像环流3D立方体热模型的大功率三电平逆变器叠层母线损耗算法,把复杂抽象的电气元器件与异形叠层铜排组成的系统根据换流回路进行3D坐标等效分解,独立计算各回路电流路径下的杂散电感、等效热阻以及损耗,进行杂散电感分析、热均衡性分析以及结构优化。针对大功率逆变器有限空间内散热系统设计过程中缺乏理论支持的问题,提出了一种基于最大功率区域动态损耗计算的风冷散热系统分析与设计策略,根据提升机的特殊工况,动态计算多周期工作机制下的最大功率区域损耗,据此对风冷散热系统进行散热性能分析,并完成对结构设计的优化。此外,对特定尺寸下的逆变器风冷散热系统进行散热极限分析,提高逆变器功率密度。针对矿井提升机全程重载,起动段大倍数过载,多周期运行过程中容易出现功率器件瞬时积热损坏的特殊现象,提出了一种基于DPWM双模调制的NPC三电平逆变器热平衡动态控制,该控制策略能够根据逆变器功率器件损耗的动态变化,动态切换两种具有不同控制性能优势的调制策略,实现对损耗动态控制和逆变器的热平衡动态控制。最后,本文所提理论分析和控制策略通过实验得以验证,其中功率器件损耗计算和散热系统分析方法已经成功应用在多个提升机逆变器设计过程中进行损耗分析及散热系统设计,应用效果显示出良好的系统热稳定性,取得了良好的社会和经济效益。