矩阵变换器是一种具有新型拓扑结构的功率变换器,它能直接实现交–交变换,与传统的交–直–交电力变换器相比,它动态响应快、无需大容量的贮能元件、输入功率因数高、有良好的输入电流、输出电压波形,且能量可以双向流动,具有良好的应用前景。研究矩阵变换器的性能,一方面能够更好的将矩阵变换器运用于实际中,另一方面也可以满足日益严格的电网电能质量的要求。本文首先简要介绍了矩阵变换器基本工作原理,从等效交–直–交变换的空间矢量调制方法出发,深入分析了矩阵变换器的变换关系及空间矢量调制策略;在基本空间矢量调制方法的基础上,分析了对称调制、减小开关损耗的调制策略,并介绍了矩阵变换器的半自然两步换流策略。然后介绍了矩阵变换器的主电路和控制电路:基于DSP和CPLD的矩阵变换器实验平台,双向开关采用共发射极连接方式,利用TMS320LF2407A数字信号处理器来实现矩阵变换器的空间矢量调制策略,采用状态机设计方法在CPLD上实现双向开关的半自然两步换流。本文采用Simulink仿真模块与S函数模块相结合的方法建立了矩阵变换器的仿真模型,并且仿真中计及了组合功率器件半自然两步换流的切换过程,插入了死区时间,具有非常贴近于实际的特色。空间矢量调制策略和半自然两步换流策略的仿真都由S函数模块实现。通过与实际实验波形对比的方法讨论了该仿真模型与实际系统的相似性。在仿真模型的基础上,本文研究了矩阵变换器的供电电网谐波以及矩阵变换器运行性能。分析了输入,输出电流和输出电压的谐波,并研究对谐波有影响的参数,其中包括:输出频率,开关频率和死区时间等;同时,对矩阵变换器的无功功率传递和输入无功功率控制等问题进行了探讨:无功功率实质上是一种能量的流动而不是消耗,因此可以通过开关高频分量在三相电路内部交换,而能量的双向流动是双向开关的自然特性,双向开关为能量流动提供了回路。