瞬变电磁法（TEM）是一种有效的地球物理探测方法,已广泛用于地质调查、资源勘探中。为满足日渐增长的能源需求,亟需对深部矿产资源以及一些资源丰富的极端环境展开探测,因此对TEM仪器的性能指标提出了更高要求。根据TEM的工作原理,发射电流对探测的效果有直接影响,提高发射电压可以保证在接地较差条件下的激发电流值,有助于提高对极端恶劣环境的适应性。传统瞬变电磁发射系统采用H桥逆变器作为发射电路,发射电压等级较高时,器件电压应力高,而现有的高压IGBT不仅造价高昂,且受到工艺水平的限制,存在发热严重、效率低等问题,无法满足现有的探测需求。模块化多电平变换器（MMC）是一种新型多电平逆变器,具备模块化程度高,开关器件电压应力低、易于级联扩展等诸多优点。论文采用MMC替代传统H桥逆变器作为发射主电路,并对MMC发射电路的双极性梯形波输出控制策略展开研究,以克服传统瞬变电磁发射系统存在的不足。主要研究内容如下:1.介绍MMC瞬变电磁发射系统结构,通过对MMC发射电路的简化分析,将其等效为一个分级可调电压源模型,详细讨论该电路的工作原理。建立等效模型的电路方程,分析出该发射电路的波形控制原理,为控制策略的研究奠定基础。对MMC发射电路的特性进行理论分析,讨论该新型发射电路的发射电压纹波特性,详细论述稳流阶段发射电流纹波的抑制方法。并对MMC悬浮电容电压的周期性自均衡控制方法展开研究。2.基于MMC发射电路等效模型以及TEM的工作原理,研究MMC发射电路的分段式电流控制策略,实现发射电流的上升、下降沿速度可调,稳流阶段纹波抑制以及下降沿慢关断。搭建MMC发射电路的Simulink仿真模型,对分段式电流控制策略的可行性进行初步验证。对比不同MMC发射电路级数、不同发射频率和不同电流参考值下的发射电流波形,分析影响MMC发射电路输出电流波形质量的关键因素。3.在MMC发射电路原理分析及控制策略研究的基础上,完成MMC瞬变电磁发射系统硬件电路和基于STM32的程序设计。关键硬件电路的设计包括SM单元板、隔离驱动电路、辅助电源等。程序设计部分详细介绍程序总体设计流程和分段式电流控制策略设计流程。4.研制MMC瞬变电磁发射系统实验样机,分别完成样机关键硬件电路、整机发射波形以及SM电容电压均衡性的测试。根据测试结果,验证系统工作状态,发射电压、电流波形与理论分析及仿真结果的一致性以及SM电容电压的周期性均衡方案,进一步验证本文采用的MMC发射电路及其控制策略的可行性。