多年來，電氣傳動專家一直都在討論關於“矩陣變換”技術的變頻器是否會成為下一代變頻器。由於矩陣式交-交變頻器省去了中間直流環節，不僅能吸收任何電流雜波
，也能提供一個清潔的輸出電壓
，也就是說“可以有效地進行輸入電源|穩壓器電流控製與輸出電壓控製”。它能實現功率因數為l，輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)為(wei)正(zheng)弦(xian)且(qie)能(neng)四(si)象(xiang)限(xian)運(yun)行(xing)，係(xi)統(tong)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)大(da)，並(bing)能(neng)實(shi)現(xian)輕(qing)量(liang)化(hua)。另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)吸(xi)引(yin)點(dian)就(jiu)是(shi)矩(ju)陣(zhen)變(bian)頻(pin)器(qi)去(qu)掉(diao)了(le)直(zhi)流(liu)電(dian)容(rong)
，矩(ju)陣(zhen)變(bian)頻(pin)器(qi)就(jiu)能(neng)長(chang)時(shi)間(jian)可(ke)靠(kao)工(gong)作(zuo)。幾(ji)個(ge)主(zhu)要(yao)的(de)傳(chuan)動(dong)供(gong)應(ying)商(shang)包(bao)括(kuo)安(an)川(chuan)
、富士
、羅克韋爾、西門子等都積極地研究了該項技術。然而輿論卻認為:盡管矩陣變頻器具有非常誘人的前景，但是由於成本太高而無法在目前進行商業化應用。
　　早期的矩陣變換器研究
　　矩陣變換器的電路拓撲形式在1976年由L.Gyllglli提出
，1979年意大利學者M.Venturini和A.Alesina首先提出了由9個功率開關組成的矩陣式交-交變換器結構，並指出矩陣式變換器的輸入功率因素角是可以任意調節的，但後來發現這種變換器存在固有極限，最大電壓增益為0.866，並且與控製算法無關。他們首次係統地給出了矩陣式變換器低頻特性的數學分析，並且提出了“低頻調製矩陣”的概念。同時，他們提出了一種矩陣式變換器的調製算法，被稱為“直接傳遞函數”方法。
　　1983年J.Rogriguez將矩陣式變換器在理論上等效為一個整流器和逆變器的虛擬連接，並將傳統的脈寬調製(pwm)技術分別應用於“虛擬整流器”和“虛擬逆變器”上，對雙向開關進行調製，從而實現能量的傳輸和回饋
，這種方法也被稱為“間接傳遞函數”方法。
　　矩(ju)陣(zhen)變(bian)換(huan)器(qi)要(yao)求(qiu)大(da)容(rong)量(liang)和(he)高(gao)速(su)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)並(bing)具(ju)有(you)雙(shuang)向(xiang)關(guan)斷(duan)能(neng)力(li)的(de)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)
，同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)求(qiu)具(ju)有(you)快(kuai)速(su)處(chu)理(li)能(neng)力(li)的(de)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)作(zuo)為(wei)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)，而(er)這(zhe)些(xie)是(shi)早(zao)期(qi)的(de)工(gong)藝(yi)和(he)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)所(suo)難(nan)以(yi)達(da)到(dao)的(de)。因(yin)此(ci)，早(zao)期(qi)的(de)矩(ju)陣(zhen)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)研(yan)究(jiu)大(da)都(dou)處(chu)於(yu)理(li)論(lun)研(yan)究(jiu)階(jie)段(duan)
，很(hen)少(shao)有(you)麵(mian)向(xiang)工(gong)業(ye)實(shi)際(ji)的(de)研(yan)究(jiu)。
　　矩陣變換器方案改進
　　隨著電力電子技術和微機控製技術的不斷發展，矩陣變換器的研究工作越來越被人們所重視
，為了解決M.Venturini和A.Alesina控製方案中的不足，先後有不少學者對矩陣變換器進行了一係列的研究工作

，並從不同的角度提出了不同的控製方案。如美國學者T.A.Lipo
、D.G.Holemes提出了一種電流控製型交流PWM調(tiao)製(zhi)方(fang)法(fa)
，該(gai)方(fang)法(fa)根(gen)據(ju)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)開(kai)關(guan)傳(chuan)遞(di)函(han)數(shu)矩(ju)陣(zhen)由(you)電(dian)流(liu)連(lian)續(xu)條(tiao)件(jian)，將(jiang)其(qi)分(fen)解(jie)為(wei)若(ruo)幹(gan)矩(ju)陣(zhen)分(fen)量(liang)，通(tong)過(guo)分(fen)別(bie)計(ji)算(suan)，最(zui)後(hou)合(he)成(cheng)得(de)到(dao)的(de)調(tiao)製(zhi)矩(ju)陣(zhen)。P.D.Ziogas等提出了種間接PWM控製方法
，其總體思路是首先將輸入電壓“整流”，產生一個虛擬的直流回路
，然後按需要的頻率逆變


，從而得到一個類似於典型的PWM逆變器的輸出電壓波形。這些研究基本克服了M.Venturini控製方案的缺點
，輸出電壓比、功率因數和輸入電流品質方麵都取得了很好的改進，但也存在一些不足之處，如P.D.Ziogas的方案輸出頻率限製在300Hz以下、某些方案的效率不夠高等缺點。
　　矩陣變換器技術成熟 
　　80年代末
、90年代初，南斯拉夫學者L.Huber和美國D.Boroievic教授
、日本學者A.Ishiguro和T.Furuhashi教授、以及韓國學者W.H.Kwon和G.H.Cha等人的研究
，使矩陣變換器的理論和控製技術逐漸走向成熟。
　　L.Huber和D.Boroievic提出了一種基於空間矢量調製技術的PWM技術，首先根據矩陣變換器的PWM的de開kai關guan狀zhuang態tai，定ding義yi出chu六liu邊bian形xing開kai關guan狀zhuang態tai矢shi量liang圖tu
，然ran後hou按an輸shu出chu矢shi量liang在zai任ren意yi時shi刻ke由you其qi相xiang鄰lin的de開kai關guan狀zhuang態tai矢shi量liang合he成cheng，得de到dao每mei一yi采cai樣yang周zhou期qi的de開kai關guan占zhan空kong比bi。連lian續xu合he成cheng一yi定ding角jiao速su度du旋xuan轉zhuan的de輸shu出chu電dian壓ya矢shi量liang，就jiu獲huo得de所suo需xu要yao的de頻pin率lv和he正zheng弦xian輸shu出chu電dian壓ya。通tong過guo實shi驗yan樣yang機ji帶dai三san相xiang感gan應ying電dian機ji作zuo為wei負fu載zai運yun行xing，證zheng明ming了le采cai用yong空kong間jian矢shi量liang調tiao製zhi法fa的de矩ju陣zhen變bian換huan器qi與yu理li論lun分fen析xi相xiang一yi致zhi。即ji具ju有you輸shu入ru功gong率lv因yin數shu逼bi近jin於yu1，輸入電流波形好等優點。M.braun和J.Rodriguez分別於1983年和1985年提出了將空間矢量脈寬調製(svpwm)應用於矩陣式變換器控製的方法，在這些研究的基礎上
，L.Huber和D.Borojevic於1989年至1995年間，發表了一係列矩陣式變換器的研究結果。
　　A.Ishiguro和T.Furuhashi提(ti)出(chu)的(de)雙(shuang)線(xian)電(dian)壓(ya)瞬(shun)時(shi)值(zhi)法(fa)。其(qi)實(shi)質(zhi)即(ji)任(ren)一(yi)時(shi)刻(ke)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)為(wei)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)線(xian)電(dian)壓(ya)合(he)成(cheng)，而(er)兩(liang)輸(shu)入(ru)線(xian)電(dian)壓(ya)在(zai)每(mei)一(yi)周(zhou)期(qi)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)由(you)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)瞬(shun)時(shi)值(zhi)及(ji)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)狀(zhuang)態(tai)決(jue)定(ding)。該(gai)種(zhong)技(ji)術(shu)在(zai)改(gai)善(shan)對(dui)變(bian)換(huan)器(qi)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)限(xian)製(zhi)
，提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)比(bi)等(deng)方(fang)麵(mian)有(you)其(qi)獨(du)到(dao)之(zhi)處(chu)。當(dang)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)不(bu)對(dui)稱(cheng)或(huo)含(han)有(you)諧(xie)波(bo)時(shi)
，其(qi)控(kong)製(zhi)函(han)數(shu)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)修(xiu)正(zheng)
，而(er)不(bu)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)計(ji)算(suan)，有(you)利(li)於(yu)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)。但(dan)該(gai)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)使(shi)得(de)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)不(bu)可(ke)隨(sui)意(yi)控(kong)製(zhi)，但(dan)能(neng)固(gu)定(ding)在(zai)基(ji)本(ben)恒(heng)定(ding)值(zhi)上(shang)。同(tong)時(shi)這(zhe)種(zhong)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)的(de)轉(zhuan)換(huan)過(guo)程(cheng)和(he)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)的(de)合(he)成(cheng)規(gui)律(lv)較(jiao)為(wei)複(fu)雜(za)
，在(zai)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)上(shang)較(jiao)為(wei)複(fu)雜(za)。
　　韓國學者W.H.Kwon和G.H.Cha對假設MC由非理想電流源和電壓源組成，利用DQ電路變換技術對實用升壓九開關MC的動

、靜態特性進行了分析，為MC的de分fen析xi提ti供gong了le有you效xiao的de方fang法fa。通tong過guo理li論lun分fen析xi和he仿fang真zhen，他ta們men證zheng明ming了le升sheng壓ya式shi矩ju陣zhen變bian換huan器qi不bu能neng像xiang其qi它ta的de理li想xiang變bian換huan器qi那na樣yang通tong過guo選xuan擇ze參can數shu獨du立li控kong製zhi，功gong率lv因yin數shu並bing不bu總zong保bao持chi1
，但可以控製。
　　1989年，N.Buranytichuleyizhongsibuhuanliucelve，keshixianbanruankaiguanhuanliu，jianglianggeshuangxiangkaiguanzhijiandehuanliuguochenggenjudianyaxiangduidaxiaohuodianliufangxiangxinhaofenweisibujinxing
，youxiaodibimianlehuanliuguochengzhongdeduanluheduanluguzhang，shixianlezhenzhengyiyishangdeanquanhuanliu。cihou，M.Ziegler和W.Hoffmann於1998年提出了矩陣式變換器“兩步換流”方式，進一步縮短了雙向開關的換流時間。同時
，J.Clare、P.Wheeler和L.Empringham也於1998年將可編程邏輯器件(pld)技術用於雙向開關的換流控製，提出了矩陣式變換器的“智能換流”方式，根據檢測到的電流方向信號和開關通斷狀態利用時序邏輯確定換流步驟。J.Mahlein在2002年提出了改進的多步換流控製策略，省去了專門的輸入電壓或輸出電流方向檢測電路。LixiangWei和T.Lipo也在2003niantichulezhuanyongyujuzhenshibianhuanqidedianyahuanliufangshi。zhexiehuanliucelvedeyingyong，jibenshangshixianleshuangxiangkaiguandeanquanyunxing，weijuzhenshibianhuanqiyingyongdaoshijigongyeshengchanzhongsaoqinglezhangai。
　　矩陣變換器產業探索
　　矩陣變換器從1976年提出到現在30年的時間了,國外已有不少文獻提出矩陣變換器的實驗樣機，但是還沒有真正進入實用的報道。
　　1992年，我國教授莊心複作為訪問學者在美國弗吉尼亞電力電子中心采用空間矢量調製法分析直-交和交-直變換器


，合成後求得交-交變換器的調製方法
，並以一台32位數字信號處理器TMS32014作為控製器
，設計並製作了一台實驗樣機。
　　1994年弗吉尼亞電力電子中心年會上展出了輸入端具有功率因數校正（PFC）的三相--三相矩陣變換器，該變換器采用數字信號處理器（DSP）實現空間矢量調製，最大輸出2kW

，開關頻率20kHz，用MOSFET器件，負載為2kW的感應電動機
，輸入端功率因數為0.99
，輸出電壓
、輸入電流均為正弦。1995～1996年，Peter．Nilsen在他的博士論文中
，以SIEMENSC166為控製器做出了試驗裝置
，對矩陣式變換器的外圍電路進行了一係列研究。1998～1999年、1999～2000年，Christan兩次作為訪問學者在美國也研究出了一套裝置
，並對輸入電壓不平衡時
，人工負載下矩陣式變換器的控製策略進行了研究。
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　　最近10年
，由於功率半導體器件技術的發展
，矩陣式變換器的實用化進入了一個嶄新的階段。2001年，歐洲的EUPEC公司研製成功了專用的矩陣式變換器開關矩陣模塊
，開關器件采用了35A的IGBT和快恢複二極管，大大地減小了電路的體積，提高了抗幹擾能力，並降低了換流控製的難度。德國西門子公司在2001年提出了一整套適用於工業傳動控製領域的矩陣式變換器解決方案。丹麥Aalborg大學電力電子研究中心多年來一直致力於矩陣式變換器的研究與開發，在2002年研製了適用於工業生產的矩陣式變換器樣機。日本富士電機公司也在2003年開發出了適用於矩陣式變換器的逆阻式IGBT模塊，並於2004年利用該模塊試製成功了22kW矩陣式變換器樣機。日本安川電機公司在2004年4月在漢諾威國際展覽會上展示了即將生產的矩陣變頻器的原型
，在安川矩陣變頻器中有9個開關，每一個都有2個IGBT雙向開關組成
，能允許正向電壓和負相電壓通到電機上
，其容量覆蓋5.5~22kW
，最終計劃達到75kW。英國Nottingham大學的研究人員在2004年成功地開發了一台150kVA矩陣式變換器驅動異步電機傳動係統。但非常可惜的是
，至盡還沒有一個變頻器企業批量生產矩陣變頻器。
　　我國矩陣變換器研究
　　我國在矩陣變換器方麵的研究開始的較晚，基本上從90年代開始，南京航空航天大學
、西安交通大學、上海大學、哈爾濱工業大學先後開展了這方麵的研究工作
，取得了令人矚目的成績
，達到了一定的水平。
　　1994年
，南京航空航天大學莊心複教授把矩陣變換器介紹給國內同行後，陸續有高校開展矩陣變換器的研究。
　　1997年，南京航空航天大學莊心複、穆新華在國內刊物上介紹了一般意義上的n×m型矩陣式變換器的拓撲形式及雙向開關的構成，分析了基於瞬時電壓調製技術的三相AC-AC矩陣式變換器的開關狀態和控製規律。
　　1998年

，上海大學的陳伯時、陸海慧等通過把矩陣變換器等效為交-直-交變換器利用逆變器中廣泛采用的空間矢量PWM調製技術，並利用80C196KC作為控製器

，以IGBT作為開關器件，采用四步換流的方法
，成功的製作出了三相交-交矩陣變換器的實驗裝置。
　　1999～2000年，福州大學湯寧平
、方旭陽、邱qiu培pei基ji分fen析xi和he推tui導dao了le三san相xiang矩ju陣zhen式shi變bian換huan器qi在zai電dian流liu滯zhi環huan跟gen蹤zong控kong製zhi方fang式shi下xia的de開kai關guan函han數shu，並bing提ti出chu了le變bian換huan器qi控kong製zhi係xi統tong的de實shi現xian方fang案an
，取qu得de了le三san相xiang感gan性xing負fu載zai條tiao件jian下xia的de電dian流liu波bo形xing和he頻pin譜pu分fen析xi等deng實shi驗yan結jie果guo，並bing試shi製zhi成cheng功gong了le一yi台tai恒heng頻pin采cai樣yang電dian流liu跟gen蹤zong控kong製zhi型xing矩ju陣zhen式shi變bian換huan器qi樣yang機ji，作zuo為wei交jiao流liu勵li磁ci感gan應ying發fa電dian機ji的de勵li磁ci器qi。
　　2000年，哈爾濱工業大學的陳希有
，陳學允將Park變換技術應用到基於空間矢量調製的矩陣變換器中
，建立了矩陣變換器的線形定常等效電路模型，得到了輸入電流

、功率因素、電壓增益、shuchuzukangdengxingnengzhibiaodejiexibiaodashi。bingyongcimoxingfenxiledaiyoushurulvbodejuzhenbianhuanqidezantaixiangyingtexing。tongshituidaolexiangyingdebansuiwangluomoxing，yongbansuiwangluofafenxiledianyazengyidelingmindu。
　　2001年，清華大學黃立培教授領導的課題組開始針對矩陣式變換器及其在高性能交流調速係統中的應用進行研究。分別采用IGBT單管模塊、逆阻式IGBT、智能功率模塊(IPM)設計開發了3台三相－三相矩陣式變換器實驗樣機
，並研製了1台采用逆阻式IGBT的三相－單相矩陣式變換器樣機。 

　　2002年，王毅、陳希有、徐xu殿dian國guo提ti出chu了le一yi種zhong基ji於yu雙shuang電dian壓ya合he成cheng的de矩ju陣zhen式shi變bian換huan器qi閉bi環huan控kong製zhi方fang法fa，根gen據ju矩ju陣zhen式shi變bian換huan器qi的de實shi際ji輸shu出chu電dian壓ya與yu期qi望wang輸shu出chu電dian壓ya的de偏pian差cha
，計ji算suan電dian壓ya的de實shi際ji占zhan空kong比bi與yu理li想xiang占zhan空kong比bi的de偏pian差cha，並bing將jiang此ci偏pian差cha作zuo為wei負fu反fan饋kui加jia到dao下xia一yi采cai樣yang周zhou期qi的de占zhan空kong比bi中zhong，從cong而er實shi現xian係xi統tong的de閉bi環huan控kong製zhi。
　　此外
，2001年，華中科技大學也提出了一種新型的三相—三相的矩陣式變換器。2002年，浙江大學的賀益康等提出了矩陣變換器在風力發電方麵的應用，2003nian
，xiangtandaxuezhujianlindengkaishiyanjiutigaojuzhenbianhuanqidianyachuanshubi。xianjiaotongdaxuedewangruwendeng，tongguoshuxuetuidaodechujuzhenbianhuanqitiaozhihanshudetongjiexingshi，congerkeyicongbutongdejiaodufanyingbianhuanqidechuanshuxingneng，keyianshijixitongsuoxuyaodebianhuanhechuanshuyaoqiu
，duikaiguantiaozhiguilvjinxingyouhua，tongduanshijiansuanfayebiyuanyoudejiandan。
　　目前矩陣變換器的研究熱點主要在兩個方麵：（1）在理論研究方麵，繼續探討電壓傳輸比的提高和新型調製策略，還可以結合智能控製的有關理論，如模糊控製、神經網絡控製、自適應控製、模糊神經網絡控製等進行研究；（2）在實際應用研究方麵是將其實用化和工業化，例如可靠換流實現及保護、雙向開關的實現與封裝以及輸入濾波器的設計等。
　　zongdelaikan，juzhenshibianhuanqishisuizhedianludianzijishudefazhanerbuduandefazhan，danmuqianguoneijuzhenshibianhuanqideyanzhihaitingliuzaililunyanjiuheshiyanshiyangjijieduan，shangweixingchengshiyonghuadechengshuchanpin。
　　矩陣式交—交jiao變bian頻pin器qi作zuo為wei一yi種zhong具ju有you優you良liang控kong製zhi性xing能neng和he發fa展zhan前qian途tu的de新xin型xing變bian頻pin電dian源yuan。它ta的de研yan究jiu工gong作zuo在zai國guo內nei外wai引yin起qi了le廣guang泛fan的de重zhong視shi，己ji經jing取qu得de了le較jiao大da的de成cheng果guo。雖sui然ran矩ju陣zhen式shi變bian換huan器qi依yi然ran存cun在zai很hen多duo的de問wen題ti有you待dai進jin一yi步bu解jie決jue如ru輸shu出chu電dian壓ya傳chuan輸shu比bi低di是shi矩ju陣zhen式shi變bian換huan器qi存cun在zai的de主zhu要yao缺que點dian；如IGBT成本較高、控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)較(jiao)複(fu)雜(za)
，適(shi)合(he)用(yong)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)。然(ran)而(er)，矩(ju)陣(zhen)變(bian)換(huan)器(qi)可(ke)以(yi)在(zai)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)既(ji)可(ke)產(chan)生(sheng)節(jie)能(neng)的(de)重(zhong)大(da)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)，又(you)避(bi)免(mian)了(le)因(yin)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)帶(dai)來(lai)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)環(huan)保(bao)問(wen)題(ti)
，是(shi)一(yi)種(zhong)“綠色”的(de)變(bian)換(huan)器(qi)。隨(sui)著(zhe)研(yan)究(jiu)的(de)不(bu)斷(duan)深(shen)入(ru)，電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)和(he)應(ying)用(yong)技(ji)術(shu)以(yi)及(ji)微(wei)機(ji)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)的(de)日(ri)益(yi)完(wan)善(shan)
，成(cheng)本(ben)的(de)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)，矩(ju)陣(zhen)式(shi)變(bian)換(huan)器(qi)必(bi)將(jiang)以(yi)其(qi)獨(du)特(te)的(de)優(you)點(dian)在(zai)未(wei)來(lai)產(chan)品(pin)化(hua)方(fang)麵(mian)形(xing)成(cheng)優(you)勢(shi)，日(ri)益(yi)接(jie)近(jin)實(shi)用(yong)化(hua)。