我国电力机车的发展有目共睹,而单相PWM整流器凭借其稳定的直流母线电压输出、有效地控制交流侧输入电流的相位、尽量少地引入电流谐波、能量的双向流动等特点在电力机车大功率整流器的研究和应用中成为了焦点。本文结合单相PWM整流器的开关模式,建立单相PWM整流器的状态空间模型,并分析其稳定性。在分析传统直接电流控制和间接电流控制方案的基础上,结合各个环节的数学模型,给出了控制器参数的设计方法。并进一步分析了直流侧二次纹波产生的原因,通过设计陷波滤波器实现纹波抑制。从解耦控制出发,分析了单相PWM整流器在稳态切换时存在冲击电流的原因,提出了瞬态冲击电流抑制方案。针对传统间接电流控制动态响应较慢的问题,提出了一种相位补偿的策略,有效地提高了相位校正的速度,并在MATLAB平台上进行了上述方案的仿真,仿真结果验证了方案的正确性。本文对单相PWM整流器的关键技术进行了研究,包括电网电压锁相环和启动策略。针对网侧电压存在幅值变化、频率变化、相位变化、谐波干扰、直流偏置的问题,本文提出了基于离散傅里叶变换的鉴相方案,并通过仿真验证该方案的有效性。针对单相PWM整流器启动时存在的网侧电流冲击问题,本文分析了不控整流阶段及可控整流阶段电流冲击产生的原因,给出了在不控整流阶段添加充电电阻、适当选取切换点;在可控整流阶段选取合适的相位作为启动点、适当减小软启动的斜率的策略。通过仿真验证了锁相环方案的可行性和启动策略的有效性。本文基于实际系统的应用需求,进行了大功率实验平台的主电路设计、控制单元硬件架构设计、控制单元软件设计。然后,在此实验平台上进行了空载启动、带载运行、能量回馈的验证性测试,实验结果证明了本文所提出方案的有效性。