矩阵式变换器是一类性能优良的功率变换器,允许频率单级变换,无需大容量的储能元件,输入功率因数接近1并可自由调节,能量可双向流动。矩阵式变换器本身也是一种柔性的、通用的电力变换器,它可以演化出多种电力变换器拓扑结构,本文研究一种由矩阵式交/交变换器演化来的交流-直流变换器,它除具有矩阵式变换器的一般特征外,还具有不同于现有交流-直流变换器的其它特征。论文采用计算机仿真与实验结合的方法,深入研究了一种具有四象限运行能力的矩阵式交流-直流电力变换器。本文分析了变换器的三种控制策略,通过比较,认为电流空间矢量调制算法更适用于该变换器;论文研究了矩阵式交流-直流变换器的安全换流问题,针对矩阵式交流-直流变换器的运行特点,分析指出一步换流策略适用于矩阵式交流-直流变换器的设计,同时设计并实现了一步换流的逻辑控制电路;为进一步研究该变换器性能,同时也为变换器的实验研究奠定基础,建立了矩阵式交流-直流变换器的仿真模型,对变换器的控制性能及运行性能进行了较完整的仿真研究,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后以德州仪器公司TMS320F2812型DSP和复杂可编程逻辑器件XC9572XL组成的“双核”控制系统为核心,采用模块化设计方法,建立了矩阵式交流-直流变换器的硬件系统实验平台,基于电流空间矢量调制策略和一步换流策略对矩阵式三相交流-直流变换器进行了实验研究。实验结果与仿真结果基本相符;实验结果验证了有关理论分析的正确性与设计方案的有效性,为变换器进一步实用化研究提供了依据。