矩陣式變頻器mc是一種基于ｐｗｍ原理的交一交直接變頻器，它由九個(gè)直接接于三相輸入和輸出之間的開關(guān)陣組成，如圖1所示。每個(gè)開關(guān)由兩支背一背串聯(lián)的igbt構(gòu)成，允許雙向電流流動及承受雙向阻斷電壓。這類變頻器有一系列優(yōu)點(diǎn)：①沒有中間直流環(huán)節(jié)，功率電路簡單、緊湊。②可輸出頻率、幅值及相位可控的正弦負(fù)載電壓。③正弦的輸入輸出電流。④輸入功率因數(shù)等于1或可控。⑤有回饋能力，可在四象限工作。
mc發(fā)明于20世紀(jì)80年代初，雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但由于一些應(yīng)用技術(shù)難以解決，發(fā)展緩慢。近年來隨著這些難題的解決，國內(nèi)外對它給予越來越多的關(guān)注。影響mc發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)主要有三點(diǎn)：換流技術(shù)、最大輸出電壓能力及輸入濾波。
（1）換流技術(shù)換流是指從一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到另一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通的過程。mc的換流較麻煩，以圖1中從saa導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到sba導(dǎo)通為例，由于mc的輸入側(cè)接有濾波電容，且a、b兩點(diǎn)間電位不等，所以在換流過程中不允許存在兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象（重疊），否則將導(dǎo)致a、b兩點(diǎn)短路、一個(gè)大的電容電流流過開關(guān)器件。另一方面，由于負(fù)載中存在電感，所以在換流過程中又不允許存在兩管均不導(dǎo)通的時(shí)間（間隙），否則電感將感應(yīng)出大尖峰電壓加至開關(guān)器件。換流既不允許存在重疊，又不允許存在間隙，實(shí)現(xiàn)起來很困難，曾是影響mc發(fā)展的重要障礙之一。這個(gè)問題通過采用多步換流方法已解決，已有四步換流、兩步換流等幾種方案，其原理都是每個(gè)開關(guān)中背一背串聯(lián)的兩支igbt不同時(shí)關(guān)斷或開通，先關(guān)斷原導(dǎo)通開關(guān)中的一支igbt，再開放待導(dǎo)通開關(guān)中的一支igbt，利用igbt中的反向二極管的單向?qū)щ娦阅?，既維持了負(fù)載電流的不間斷，又防止了電容電流的出現(xiàn)。
（2）最大輸出電壓能力mc的最大輸出電壓能力λ是其最大輸出電壓與輸入電源電壓之比。在1981年venturini提出mc想法時(shí)僅為0.5，即最大輸出電壓僅為輸入電壓的一半，而開關(guān)器件所承受的電壓是電源電壓的峰值。器件承受電壓高、輸出電壓低是mc的另一缺點(diǎn)（交一直一交變頻器λ=1.0）。經(jīng)過20年的發(fā)展，許多新的控制策略，例如共模三次諧波加入法、空間矢量法、虛擬直流環(huán)節(jié)法等相繼問世，使從λ從0.5提高到0.87，接近交一直一交變頻器水平，參見文獻(xiàn)［2］。
（3）輸入濾波器由于mc的輸入電流是階梯形方波，而供電電源中總是含有感性內(nèi)抗，所以在mc輸入端必須接濾波電容，否則在電流突變時(shí)，感性內(nèi)抗將感應(yīng)出大的電壓尖峰，加至開關(guān)器件。濾波電容應(yīng)按電容電壓允許的波動量來選擇，即將mc輸入的階梯形電流方波減去其平均值得到在一個(gè)開關(guān)周期中的電容電流值，再根據(jù)電容電壓允許的波動量和電容電流值算出所需電容量。為減小mc對電網(wǎng)的影響，往往在電網(wǎng)和濾波電容之間加入濾波電感，構(gòu)成lc輸入濾波單元。
在過去的宣傳中多稱mc為“純硅變換器”，因?yàn)樗恍枰蟮臒o源儲能元件，回避了輸入濾波器問題：通過對實(shí)際裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，知道電容的電容量比交一直～交的中間儲能電容小，但由于它們是交流電容，并要承受開關(guān)頻率的交流電流，體積并不小。如何減小輸入濾波器是mc發(fā)展中一個(gè)需要解決的問題：
帶有源前端的電壓型交一直一交變頻器(afe—vsi)也具有mc所有的優(yōu)良性能，只是中間有儲能電容。mc要發(fā)展就必須在與afe—vsi的競爭中取得優(yōu)勢。在表3中列出了mc與afe—vsi的比較：
（1）大中功率節(jié)能調(diào)速一律采用6kv、10kv“直接變頻”不合理，應(yīng)根據(jù)功率選擇合理的電壓等級。
（2）矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制各有優(yōu)缺點(diǎn)，只是不同公司走了不同道路，并無誰優(yōu)于誰、誰取代誰的問題：
（3）無速度傳感器系統(tǒng)只適用于非長期低速工況，或是高速時(shí)性能要求不高的場合。
（4）矩陣變換器中換流和最大輸出電壓兩個(gè)問題已解決和得到改善。輸入濾波器的問題，以前常被回避，它是影響矩陣變換器應(yīng)用前景的主要障礙之一。