Saber高频环节矩阵式变换器的分析与设计(2)
1） 电能的直接双向流通，可以实现真正的四象限运行；
2） 输入与输出电流波形均为正弦波，谐波含量少；
3） 对任意负载均可实现输入侧功率因数为1；
4） 不需要作为直流储能环节的电感或电容，电路结构紧凑，体积小。
广义的矩阵式变换器概念包括M-相-N相变换的各类拓扑，目前研究较多的有间接型三相-三相矩阵式变换器、三相-单相矩阵式变换器、单相-单相矩阵式变换器等。间接型三相-三相矩阵式变换器由整流级电路和逆变级电路两部分组成，与传统的交-直-交变频器不同的是，中间环节不采用电容或电感等直流储能元件。三相-单相矩阵式变换器是指输入侧为三相交流电，而输出侧为单相负载的矩阵式电路拓扑，分为带中线式和不带中线式。单相-单相矩阵式变换器是指输入侧为单相交流电，而输出侧也为单相负载的矩阵式电路拓扑。
矩阵式变换器
图1.1.1矩阵式变换器
由于具有诸多优点，矩阵式变换器成为电力电子技术目前研究的热点之一，可在以下领域中发挥作用：
1） 高压大功率变换中 尽管矩阵式变换器输入输出电压比不高，但在需要高压的场合，可将矩阵式变换器串联使用，以达到高压大功率输出。
2） 功率因数校正中 由于可以任意调节矩阵式变换器的输入功率因数，则可改变其控制策略用于校正电路的功率因数[1]。
3） 电源产品中 在矩阵式变换器实现技术和调制理论比较成熟时，可以进行AC-DC和DC-AC变换，与目前电源产品相比，有功率因数高、无中间储能环节、结构紧凑等优点。
1.2 矩阵式变换器研究历程
1.2.1 矩阵式变换器的电路拓扑结构研究
1979年，M.Venturini和A.Alesina[2,3]首先提出了由9个开关器件组成的矩阵式交-交变换器拓扑结构，并指出矩阵式变换器的输入功率因数是可以任意调节的。以这种矩阵式变换器为基础，人们提出了许多新型的拓扑结构：
1) 三相交流输入，两相直流输出；
2）三相交流输入，单相交流输出；
3）单相直流输入，三相交流输出，即传统意义上的逆变器；
4）三相交流输入，三相交流输出，但输入和输出端之间采用3个全控桥进行连接，这种矩阵式变换器被称为电压源型矩阵式变换器。它的性能优于9开关形式的矩阵式变换器，但是结构过于复杂。
9开关型矩阵式变换器存在很多固有极限，如最大电压增益为0.866，且与控制算法无关；其使用的双向开关要求换流时，既不能有死区又不能有交叠；由于电路中的功率器件较多，导致数学模型复杂，导致系统的稳定性和可靠性难以保证。为了改善这种矩阵式变换器的缺陷，提出了新型的电路拓扑形式：多电平矩阵式变换器和双极矩阵式变换器。
多电平矩阵式变换器允许在主电路中使用耐压较低的功率器件，使得矩阵式变换器技术可以应用在高压、大功率的场合；突破了最大电压增益0.866的限制，既可以实现降压变频也可以实现升压变频；开关损耗较小。双极矩阵式变换器主电路中的开关器件较少，箝位电路得到了大大的简化、换流策略和控制算法较简单可靠。但是这两种新型矩阵式变换器的研究时间不长，自身还有很多问题亟待解决，远不如9开关型矩阵式变换器成熟。
1.2.2 矩阵式变换器的控制策略的研究
上个世纪80年代末、90年代初，美国的Borajevic D.教授、南斯拉夫学者Heber L.和日本学者Shiguro A.I.、以及韩国学者Kwen W.H.等人的研究，使矩阵式变换器的控制技术和理论逐渐走向成熟。Barojevic D.和Heber L.提出了基于空间矢量调制技术的PWM技术。Shiguro A.I.提出的双线电压瞬时值法。韩国学者Kwen W.H.利用DQ电路变换技术对实用升压9开关矩阵式变换器的动、静态特性进行了分析，为矩阵式变换器的分析提供有效的方法。