传统级联型逆变器由于功率单元输入端采用不控整流桥，所以再生电能无法逆向流入电网，因此限制了其在矿井提升机等一类需要四象限运行场合中的应用；同时，输入电流中含有较高的谐波，若不加移相变压器，这会给电网造成谐波污染。针对上述问题，本文提出一种能使高压电机四象限运行的级联型多电平逆变器拓扑结构。本文对功率单元三相PWM整流器进行研究，给出其在三种坐标系下的数学模型，提出两种PWM整流器矢量控制方法：基于电网电压定向的前馈解耦控制算法和无交流电压传感器的滑模结构直接功率控制策略。这给四象限级联型多电平逆变器的能量双向流动提供了有效途径。在逆变部分对传统单极性SPWM调制方法和载波移相技术方法进行深入分析，提出一种新型载波移相单极性SPWM调制算法。给出其数学模型和仿真模型，每个H桥的功率开关器件在调制波每个周期中有一半处于常开或常闭状态，因此可以大大减小开关器件开关频率和降低开关损耗。此外，提出一种基于级联型逆变器的移相SVPWM控制算法，脉冲产生方式简单，在不增加处理器运算复杂度的前提下，实现了多电平电压输出，仿真结果验证了该方法的正确性。论文推导出了功率单元PWM整流器和H桥逆变器的数学模型，进而给出了四象限级联型逆变器的数学模型，得出功率单元对电机处于发电状态时再生能量的分配具有同时性和平均性结论；将PWM整流器的控制算法应用于四象限功率单元，实现输入电流单位功率因数。搭建了每相由五功率单元组成的四象限级联型多电平逆变器的低压实验装置。设计了基于DSP和FPGA的多路脉冲触发器，对本文提出的控制算法进行实验验证，实验结果和仿真结果基本一致，说明本文提出理论的正确性，为后续实际工程应用提供了理论依据。