多年来，电气传动专家一直都在讨论关于“矩阵变换”技术的变频器是否会成为下一代变频器。由于矩阵式交-交变频器省去了中间直流环节，不仅能吸收任何电流杂波，也能提供一个清洁的输出电压，也就是说“可以有效地进行输入电源|稳压器电流控制与输出电压控制”。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大，并能实现轻量化。另外一个吸引点就是矩阵变频器去掉了直流电容，矩阵变频器就能长时间可靠工作。几个主要的传动供应商包括安川、富士、罗克韦尔、西门子等都积极地研究了该项技术。然而舆论却认为:尽管矩阵变频器具有非常诱人的前景，但是由于成本太高而无法在目前进行商业化应用。
早期的矩阵变换器研究
矩阵变换器的电路拓扑形式在1976年由L.Gyllglli提出，1979年意大利学者M.Venturini和A.Alesina首先提出了由9个功率开关组成的矩阵式交-交变换器结构，并指出矩阵式变换器的输入功率因素角是可以任意调节的，但后来发现这种变换器存在固有极限，最大电压增益为0.866，并且与控制算法无关。他们首次系统地给出了矩阵式变换器低频特性的数学分析，并且提出了“低频调制矩阵”的概念。同时，他们提出了一种矩阵式变换器的调制算法，被称为“直接传递函数”方法。
1983年J.Rogriguez将矩阵式变换器在理论上等效为一个整流器和逆变器的虚拟连接，并将传统的脉宽调制(pwm)技术分别应用于“虚拟整流器”和“虚拟逆变器”上，对双向开关进行调制，从而实现能量的传输和回馈，这种方法也被称为“间接传递函数”方法。
矩阵变换器要求大容量和高速开关频率并具有双向关断能力的功率器件，同时还要求具有快速处理能力的微处理器作为控制单元，而这些是早期的工艺和技术水平所难以达到的。因此，早期的矩阵变换器的研究大都处于理论研究阶段，很少有面向工业实际的研究。
矩阵变换器方案改进
随着电力电子技术和微机控制技术的不断发展，矩阵变换器的研究工作越来越被人们所重视，为了解决M.Venturini和A.Alesina控制方案中的不足，先后有不少学者对矩阵变换器进行了一系列的研究工作，并从不同的角度提出了不同的控制方案。如美国学者T.A.Lipo、D.G.Holemes提出了一种电流控制型交流PWM调制方法，该方法根据变换器的开关传递函数矩阵由电流连续条件，将其分解为若干矩阵分量，通过分别计算，最后合成得到的调制矩阵。P.D.Ziogas等提出了种间接PWM控制方法，其总体思路是首先将输入电压“整流”，产生一个虚拟的直流回路，然后按需要的频率逆变，从而得到一个类似于典型的PWM逆变器的输出电压波形。这些研究基本克服了M.Venturini控制方案的缺点，输出电压比、功率因数和输入电流品质方面都取得了很好的改进，但也存在一些不足之处，如P.D.Ziogas的方案输出频率限制在300Hz以下、某些方案的效率不够高等缺点。
矩阵变换器技术成熟
80年代末、90年代初，南斯拉夫学者L.Huber和美国D.Boroievic教授、日本学者A.Ishiguro和T.Furuhashi教授、以及韩国学者W.H.Kwon和G.H.Cha等人的研究，使矩阵变换器的理论和控制技术逐渐走向成熟。
L.Huber和D.Boroievic提出了一种基于空间矢量调制技术的PWM技术，首先根据矩阵变换器的PWM的开关状态，定义出六边形开关状态矢量图，然后按输出矢量在任意时刻由其相邻的开关状态矢量合成，得到每一采样周期的开关占空比。连续合成一定角速度旋转的输出电压矢量，就获得所需要的频率和正弦输出电压。通过实验样机带三相感应电机作为负载运行，证明了采用空间矢量调制法的矩阵变换器与理论分析相一致。即具有输入功率因数逼近于1，输入电流波形好等优点。M.braun和J.Rodriguez分别于1983年和1985年提出了将空间矢量脉宽调制(svpwm)应用于矩阵式变换器控制的方法，在这些研究的基础上，L.Huber和D.Borojevic于1989年至1995年间，发表了一系列矩阵式变换器的研究结果。
A.Ishiguro和T.Furuhashi提出的双线电压瞬时值法。其实质即任一时刻输出电压为两个输入线电压合成，而两输入线电压在每一周期的占空比由输出电压的瞬时值及输入电压的状态决定。该种技术在改善对变换器开关频率的限制，提高输出输入电压比等方面有其独到之处。当输入电源不对称或含有谐波时，其控制函数可以自动修正，而不需要额外的计算，有利于实时控制。但该种控制方案使得输入功率因数不可随意控制，但能固定在基本恒定值上。同时这种开关状态的转换过程和输入电流的合成规律较为复杂，在软件实现上较为复杂。
韩国学者W.H.Kwon和G.H.Cha对假设MC由非理想电流源和电压源组成，利用DQ电路变换技术对实用升压九开关MC的动、静态特性进行了分析，为MC的分析提供了有效的方法。通过理论分析和仿真，他们证明了升压式矩阵变换器不能像其它的理想变换器那样通过选择参数独立控制，功率因数并不总保持1，但可以控制。
1989年，N.Burany提出了一种四步换流策略，可实现半软开关换流，将两个双向开关之间的换流过程根据电压相对大小或电流方向信号分为四步进行，有效地避免了换流过程中的短路和断路故障，实现了真正意义上的安全换流。此后，M.Ziegler和W.Hoffmann于1998年提出了矩阵式变换器“两步换流”方式，进一步缩短了双向开关的换流时间。同时，J.Clare、P.Wheeler和L.Empringham也于1998年将可编程逻辑器件(pld)技术用于双向开关的换流控制，提出了矩阵式变换器的“智能换流”方式，根据检测到的电流方向信号和开关通断状态利用时序逻辑确定换流步骤。J.Mahlein在2002年提出了改进的多步换流控制策略，省去了专门的输入电压或输出电流方向检测电路。LixiangWei和T.Lipo也在2003年提出了专用于矩阵式变换器的电压换流方式。这些换流策略的应用，基本上实现了双向开关的安全运行，为矩阵式变换器应用到实际工业生产中扫清了障碍。
矩阵变换器产业探索
矩阵变换器从1976年提出到现在30年的时间了,国外已有不少文献提出矩阵变换器的实验样机，但是还没有真正进入实用的报道。
1992年，我国教授庄心复作为访问学者在美国弗吉尼亚电力电子中心采用空间矢量调制法分析直-交和交-直变换器，合成后求得交-交变换器的调制方法，并以一台32位数字信号处理器TMS32014作为控制器，设计并制作了一台实验样机。
1994年弗吉尼亚电力电子中心年会上展出了输入端具有功率因数校正（PFC）的三相--三相矩阵变换器，该变换器采用数字信号处理器（DSP）实现空间矢量调制，最大输出2kW，开关频率20kHz，用MOSFET器件，负载为2kW的感应电动机，输入端功率因数为0.99，输出电压、输入电流均为正弦。1995～1996年，Peter．Nilsen在他的博士论文中，以SIEMENSC166为控制器做出了试验装置，对矩阵式变换器的外围电路进行了一系列研究。1998～1999年、1999～2000年，Christan两次作为访问学者在美国也研究出了一套装置，并对输入电压不平衡时，人工负载下矩阵式变换器的控制策略进行了研究。
最近10年，由于功率半导体器件技术的发展，矩阵式变换器的实用化进入了一个崭新的阶段。2001年，欧洲的EUPEC公司研制成功了专用的矩阵式变换器开关矩阵模块，开关器件采用了35A的IGBT和快恢复二极管，大大地减小了电路的体积，提高了抗干扰能力，并降低了换流控制的难度。德国西门子公司在2001年提出了一整套适用于工业传动控制领域的矩阵式变换器解决方案。丹麦Aalborg大学电力电子研究中心多年来一直致力于矩阵式变换器的研究与开发，在2002年研制了适用于工业生产的矩阵式变换器样机。日本富士电机公司也在2003年开发出了适用于矩阵式变换器的逆阻式IGBT模块，并于2004年利用该模块试制成功了22kW矩阵式变换器样机。日本安川电机公司在2004年4月在汉诺威国际展览会上展示了即将生产的矩阵变频器的原型，在安川矩阵变频器中有9个开关，每一个都有2个IGBT双向开关组成，能允许正向电压和负相电压通到电机上，其容量覆盖5.5~22kW，最终计划达到75kW。英国Nottingham大学的研究人员在2004年成功地开发了一台150kVA矩阵式变换器驱动异步电机传动系统。但非常可惜的是，至尽还没有一个变频器企业批量生产矩阵变频器。
我国矩阵变换器研究
我国在矩阵变换器方面的研究开始的较晚，基本上从90年代开始，南京航空航天大学、西安交通大学、上海大学、哈尔滨工业大学先后开展了这方面的研究工作，取得了令人瞩目的成绩，达到了一定的水平。
1994年，南京航空航天大学庄心复教授把矩阵变换器介绍给国内同行后，陆续有高校开展矩阵变换器的研究。
1997年，南京航空航天大学庄心复、穆新华在国内刊物上介绍了一般意义上的n×m型矩阵式变换器的拓扑形式及双向开关的构成，分析了基于瞬时电压调制技术的三相AC-AC矩阵式变换器的开关状态和控制规律。
1998年，上海大学的陈伯时、陆海慧等通过把矩阵变换器等效为交-直-交变换器利用逆变器中广泛采用的空间矢量PWM调制技术，并利用80C196KC作为控制器，以IGBT作为开关器件，采用四步换流的方法，成功的制作出了三相交-交矩阵变换器的实验装置。
1999～2000年，福州大学汤宁平、方旭阳、邱培基分析和推导了三相矩阵式变换器在电流滞环跟踪控制方式下的开关函数，并提出了变换器控制系统的实现方案，取得了三相感性负载条件下的电流波形和频谱分析等实验结果，并试制成功了一台恒频采样电流跟踪控制型矩阵式变换器样机，作为交流励磁感应发电机的励磁器。
2000年，哈尔滨工业大学的陈希有，陈学允将Park变换技术应用到基于空间矢量调制的矩阵变换器中，建立了矩阵变换器的线形定常等效电路模型，得到了输入电流、功率因素、电压增益、输出阻抗等性能指标的解析表达式。并用此模型分析了带有输入滤波的矩阵变换器的暂态响应特性。同时推导了响应的伴随网络模型，用伴随网络法分析了电压增益的灵敏度。
2001年，清华大学黄立培教授领导的课题组开始针对矩阵式变换器及其在高性能交流调速系统中的应用进行研究。分别采用IGBT单管模块、逆阻式IGBT、智能功率模块(IPM)设计开发了3台三相－三相矩阵式变换器实验样机，并研制了1台采用逆阻式IGBT的三相－单相矩阵式变换器样机。
2002年，王毅、陈希有、徐殿国提出了一种基于双电压合成的矩阵式变换器闭环控制方法，根据矩阵式变换器的实际输出电压与期望输出电压的偏差，计算电压的实际占空比与理想占空比的偏差，并将此偏差作为负反馈加到下一采样周期的占空比中，从而实现系统的闭环控制。
此外，2001年，华中科技大学也提出了一种新型的三相—三相的矩阵式变换器。2002年，浙江大学的贺益康等提出了矩阵变换器在风力发电方面的应用，2003年，湘潭大学朱建林等开始研究提高矩阵变换器电压传输比。西安交通大学的王汝文等，通过数学推导得出矩阵变换器调制函数的通解形式，从而可以从不同的角度反映变换器的传输性能，可以按实际系统所需要的变换和传输要求，对开关调制规律进行优化，通断时间算法也比原有的简单。
目前矩阵变换器的研究热点主要在两个方面：（1）在理论研究方面，继续探讨电压传输比的提高和新型调制策略，还可以结合智能控制的有关理论，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制、模糊神经网络控制等进行研究；（2）在实际应用研究方面是将其实用化和工业化，例如可靠换流实现及保护、双向开关的实现与封装以及输入滤波器的设计等。
总的来看，矩阵式变换器是随着电路电子技术的发展而不断的发展，但目前国内矩阵式变换器的研制还停留在理论研究和实验室样机阶段，尚未形成实用化的成熟产品。
矩阵式交—交变频器作为一种具有优良控制性能和发展前途的新型变频电源。它的研究工作在国内外引起了广泛的重视，己经取得了较大的成果。虽然矩阵式变换器依然存在很多的问题有待进一步解决如输出电压传输比低是矩阵式变换器存在的主要缺点；如IGBT成本较高、控制电路较复杂，适合用于大功率的应用场合。然而，矩阵变换器可以在变频调速中的应用研究既可产生节能的重大经济效益，又避免了因谐波污染带来电力系统环保问题，是一种“绿色”的变换器。随着研究的不断深入，电力电子器件和应用技术以及微机控制技术的发展，控制理论的日益完善，成本的不断降低，矩阵式变换器必将以其独特的优点在未来产品化方面形成优势，日益接近实用化。
