矩阵变换器是一种新型的AC-AC电力变换器，它有一系列区别于传统AC-DC-AC变频器的优点：它谐波含量小、功率因数高；不需要储能元件，因此体积小、动态性能不受储能元件限制；输出电压幅值、频率、相位和输入功率因数可独立控制；可以很简单地实现能量双向流动，实现电机的四象限运行。随着电力电子技术的快速发展，它已经成为电力变换器中的热点。本文分析了矩阵变换器的研究背景和研究现状，以3×3矩阵变换器为对象，研究矩阵变换器的基本原理，对矩阵变换器拓扑结构、调制方法和换流策略等关键技术进行探讨，然后基于矩阵变换器原理和关键技术的分析结果确定了系统结构，设计了硬件平台，并在硬件平台上实现了间接空间矢量调制方法和基于电压检测的四步换流策略；实现了基本算法后，还设计了矩阵变换器的输入滤波器，保证系统具有低的谐波失真；设计了过流保护电路、过压吸收电路以保证矩阵变换器器件安全。为了验证矩阵变换器的性能，本文分析了矩阵变换器的基本波形，实验结果表明：矩阵变换器具有正弦输入输出波形，单位功率因数，可调的电压幅值、频率和相位。为了研究矩阵变换器的实用性和应用前景，本文以矩阵变换器作为驱动装置，构建了变压变频、基于转子磁场定向的矢量控制和直接转矩控制三种交流异步电机调速系统，分析了调速系统的动静态性能和能量传递能力，实验结果表明：矩阵变换器驱动的交流异步调速系统具有良好的转速跟踪性能和快速的转矩响应能力。