矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)是一种直接变换型的交流-交流电力变换装置,具有很多优于传统交流电力变换装置的特性,如:无需大容量的储能元件、电能的双向流通、正弦输入和输出、可控的输入功率因数等。MC因其诸多的优良性能,越来越受到广大研究人员的青睐,已成为近年来研究的一个热点。MC的调制策略是其控制方法的核心部分,也是国内外学者一直以来的研究重点。因此,本文针对3×3MC带三相平衡负载和3×4MC带三相不平衡负载的调制策略进行了研究。MC控制策略的复杂性限制了其在实际中的应用。针对3×3MC,在分析和比较现有调制策略的基础上,提出一种新型间接变换式调制策略。该调制策略是基于3×3MC等效交-直-交拓扑上的,为方便逆变级的调制,使整流级调制输出平均值为常数且幅值最大的直流电压,同时为满足对电网无污染要求,使输入电流正弦且功率因数为1。根据上述目标列写以占空比为变量的方程组并联立求解出整流级的占空比表达式。对逆变级采用传统电压空间矢量调制,综合整流级和逆变级的调制得到新的调制策略。将新调制策略与双空间矢量调制策略进行了比较,计算量上有所降低,具有重要的实际意义。实际电网电压的非对称工况也是MC走出实验室、迈入工业应用之前所要考虑的。在输入电压非对称情况下,分析了应用对称电压下调制策略对输出电压和输入电流的影响。通过在整流级占空比中加入适当负序电压分量来改进调制策略,使得整流级输出的直流电压平均值仍然为恒定值,逆变级调制不作任何改变就能输出所期望的参考电压。改进后的占空比可能出现负值,给出了一种负占空比的实现方法。改进调制策略同时能消除输入电流中的低次谐波分量,对电流波形有所改善。实际三相电源的负载不一定是平衡负载,所以常要求变换器电源具有对不平衡负载供电的能力,这就需要3×4MC。为了将3×3MC的研究成果应用到3×4MC上,提出一种3×3MC到3×4MC调制策略的“增补”思想。将第2章3×3MC的调制策略应用到3×4MC中的3×3部分,N相桥臂单独控制。根据对逆变级输出电压的分析,确定N相桥臂的调制方法,来控制负载中性点的电位,使得在不平衡负载的情况下也能输出三相对称的负载电压。该方法的优点是在平衡负载时,3×4MC可以屏蔽掉N相桥臂,工作于3×3MC状态,降低开关损耗,扩大3×4MC的适应性。分析了在三相负载电流不平衡的情况下、输入侧电流的谐波情况,含有角频率为ω_i + 2ω_o和|ω_i-2ω_o|的两个低次谐波电流。考虑到对电能质量有较高要求的负载,其对输入电源波形的高要求,需要在3×4MC输出端加装滤波器。建立了3×4MC逆变级带有滤波器的数学模型,经过分析发现:不平衡负载时,三相桥臂对N相桥臂的参考输出电压是三个独立量。逆变级原先的二维电压空间矢量调制无法满足要求,提出在逆变级应用三维电压空间矢量的调制策略。详细分析了三维空间矢量调制原理,并将三维空间电压矢量应用于逆变级的调制,使得在不平衡负载的情况下,输出的三相负载电压为对称电压且波形正弦。同样,对于输入侧电流的谐波分析表明,输入电流中含有角频率为ω_i + 2ω_o和|ω_i- 2ω_o|的两个低次谐波电流。为了将理论研究应用于实际工程,本文详细论述了3×3MC实验系统方案,建立了实验样机。主要研究了主功率电路以及基于DSP的数字控制器的软硬件设计和实现。最后从实验系统的测量结果表明:本文所提出的理论分析正确、实用方案可行,为进一步研究奠定了重要的理论和实践基础。