超导磁铁和电源技术是粒子加速器发展过程中磁场系统的关键技术。针对目前磁铁电源的网侧功率因数不高且存在谐波污染的问题,需寻求更优的低成本高效率解决方案。对超导电源实现能量回馈电网的问题也亟需开展相关研究。近年来出现的矩阵式变换器,其网侧功率因数可经调节接近于1,当采用不同的调制策略时可以实现整流、逆变、斩波、变频等多种功率变流功能,频率可以在单级内变换,是一种兼具环保性、通用性的变换器。本文中拟选取矩阵变换器作为加速器电源主电路拓扑的解决方案,并对其可行性进行研究。矩阵变换器的功率因数可调,有望实现输入电流正弦化,减少谐波污染;能量双向流动可将超导磁铁多余能量回馈给电网;无需大的电容,可以减小电源装置体积,提高动态性能;拓扑的通用性,可以实现多种电力变换功能,适用于加速器电源中的多种应用场合。加速器电源可运行于直流或脉冲工作模式,本论文主要研究了适用于直流电源的矩阵变换器拓扑。首先从双向开关、换流策略等方面对矩阵变换器实现双向高性能的电能变换的工作原理进行了理论研究。对矩阵变换器的调制策略进行了广泛研究,提出了适用于加速器电源的双向电流控制策略,对其中滞环电流控制的频率不稳定问题进行深入的探讨,得到了有建设性的结果。然后提出了三种加速器电源可用的矩阵整流器(MR)拓扑结构:直接型矩阵式整流器、磁耦合型矩阵式整流器、前级调压型矩阵式整流器。直接型和磁耦合型的区别在于双向开关矩阵和负载之间的连接方式;前级调压型,是用矩阵式整流器输出直流稳定电压,作为H桥的前级,结合对H桥进行控制,使其输出直流或脉冲电流。为研究该矩阵式整流器的拓扑及性能,设计了对应于三种拓扑结构的三种电源实现方案,建立了主电路拓扑、控制策略的原理模型并进行仿真研究,仿真的实验结果表明,提出的三种拓扑结构均可实现稳流输出,并且输入功率因数比较理想。依据设计方案搭建了矩阵式整流器电源实验样机,在软、硬件系统实验平台上保留了通用接口,对三种拓扑方案都可适用,在该样机上对三种拓扑方案进行了原理性验证。通过样机实验,矩阵整流器可以在保持网侧功率因数较高的前提下输出鲁棒性较好的直流稳定电流,对脉冲电流输出也作了有益的尝试。样机实验结果与仿真结果基本相符,有力证明了所提方案可以应用于加速器直流电源,为下一步应用于脉冲电源研究也打下了良好基础。由于矩阵式变换器的控制策略较为复杂,目前其实用性研究极为有限。本论文限于时间,主要进行了网侧功率因数方面的研究,对于能量回馈问题有待于在下一步工作中继续开展。通过本论文的研究,可以得出如下结论:矩阵变换器可以作为加速器电源变换器拓扑的一种可行性选择,具有良好的研究前景。