矩阵变换器是一种新型的频率变换器，与传统变频器相比具有：1）能同时提供正弦的输出电压和正弦的输入电流；2）输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压；3）可实现输出电压幅值、频率和网侧功率因数的独立控制；4）属于交-交直接变换，没有中间直流环节，能量可双向流动。鉴于以上优点，矩阵变换器在电机调速系统及风力发电系统中具有广阔的应用前景。 论文分析了矩阵变换器的拓扑结构、数学机理、基本工作原理及开关管换流问题，对矩阵变换器的间接空间矢量调制算法进行了较深入的分析，并在Matlab-Simulink下搭建了仿真模型，验证了算法的正确性，为实验研究指明了方向。 矩阵变换器最基本的应用领域是交流变频调速系统。为提高交流调速系统的性能，并且减小对电网的污染，提出了一种将矩阵式变换器与直接转矩控制相结合的组合控制策略。该策略是先将矩阵式变换器等效成整流器和逆变器的组合，然后在逆变侧进行直接转矩控制，在整流侧进行电流空间矢量调制，最后将两侧的策略进行综合，并转化成矩阵式变换器9个开关的控制信号。按这种策略进行控制的矩阵式变换器，既可实现对异步电机实现动态性能优良的直接转矩控制，又可获得良好的输入电流波形以及可调的功率因数。仿真结果表明该策略不仅可行，而且系统性能优良。 在理论研究的基础上，对矩阵变换器进行了实验研究。完善了实验样机的硬件电路：加入输入滤波器环节以滤除因开关通断产生的高频谐波成分；改进了缓冲电路；在TIDSP2407上编程实现了间接空间矢量调制算法，采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）完成四步换流等逻辑运算：通过对实验样机的开路及负载实验验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性，为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础。 本文的研究工作得到国家自然科学基金重点项目：“分散式风力-太阳能发电系统的混合控制研究（60534040）”，粤港关键领域重点突破项目（AIO506003），广东省科技计划（A10502004）的资助。