与传统的交-直-交式电力变换器相比，矩阵变换器作为一种交-交式电力变换器以其简单的结构和诸多良好特性，已经引起国内外专家学者的关注，被视为一种绿色电力变换器。目前，阻碍矩阵变换器实用化进程的两大难题分别是较低的电压传输比和双向开关的安全换流。为了解决前者难题，本文考虑将Z源网络引入到矩阵变换器中，通过Z源的直通升压环节来提高矩阵变换器的电压传输比。在对三相Z源逆变器理论分析的基础上，将Z源网络引入到双级矩阵变换器中，构建基于Z源的三相双级矩阵变换器电路拓扑结构。分析引入Z源后矩阵变换器的工作原理，以及其整流级与逆变级调制策略。从理论上推导出矩阵变换器电压传输比与Z源升压因子和调制因子之间的关系表达式。针对多相电机驱动系统，研究了适用于五相电机驱动系统的三相-五相双级矩阵变换器，并对其调制策略和电压传输比进行了分析。在对矩阵变换器共模电压产生机理分析的基础上，提出一种降低五相双级矩阵变换器共模电压的方法。通过这种方法，使矩阵变换器的共模电压降低为原来的86.67%。为提高多相双级矩阵变换器的电压传输比，在三相Z源双级矩阵变换器分析的基础上，研究了基于Z源的五相双级矩阵变换器。分析了这种多相矩阵变换器的工作原理和调制策略。设计了矩阵变换器的开关电路，其中包括主开关电路、输入滤波电路、信号调理电路、驱动保护电路等。采用可编程逻辑器件(EPM240T100C5N)实现了双向开关的四步换流逻辑控制，并通过仿真和实验进行了验证。本文所述方法通过仿真验证了理论分析的正确性。目前，通过矩阵变换器硬件系统已经获得了大量的实验波形和数据，为矩阵变换器进一步研究奠定了重要基础。