这类换流器用于低速和大功率应用中，如海上和水下运载器的推进系统、拖动电磁发射器的感应电机和同步电机。通常它们采用换相晶闸管之类的开关设备进行相控。循环换流器分为两类：AC/AC矩阵变换器和AC/AC高频变换器。跟其他的换流器不同，循环换流器没有如电感或电容一类的储能元件。根据具体的应用需要，它们常被设计成各种类型，如单相—单相循环换流器、三相—单相循环换流器和三相—三相循环换流器。
在先进海上和水下运载器中，电磁发射器代替了蒸汽弹射器，因为它在控制性、可靠性、重量、体积和效率方面有许多优势，其所需维护也较少［22］。在发射时，电气传动通过控制直线同步电机和盘式发电机绕组的通电时间可以使电磁发射器高效地运行。因此即使供电电压和频率在变化，电磁发射器也能在所有速度下高效运行。在这种应用场合一般采用三相—单相循环换流器，下面将就此进行讨论。
8.7.6.1 工作原理
三相—单相循环换流器有两种类型：半波循环换流器和桥式循环换流器。如图8-24所示，无论正换流器还是负换流器都可以产生双极电压，但是正换流器只能提供正电流，负换流器只能提供负电流。
图8-24 三相—单相循环换流器
在电磁发射器中，桥臂的输出被并联或者串联，以便获取相应水平的电功率，它从运载器配电系统的大功率交流总线取电。这种循环换流器的输出频率在0～644Hz间变化，输出电压在0～1520V间变化。
8.7.6.2 矩阵变换器
矩阵变换器属于三相AC/AC强迫换向循环换流器，它在海上和水下运载器电力推进系统中有应用潜力［34］。矩阵变换器有9个双向开关，分为三组，这些开关直接将输入相与输出相相连，如图8-25所示。
这些开关可以有512种不同的组合方式，其中有27种是可行的。由于不需要任何无源元件进行中间储能，矩阵变换器有很高的功率密度和可靠性。它直接完成电压和频率的交流变换，由于所有的开关都是双向的，可以计算出输出相间的无功并保持功率因数偏移的统一。矩阵变换器与电流源逆变器相似，可以从负载侧向运载器配电系统的大功率交流总线馈送能量。
矩阵变换器的双向开关有三种配置，如图8-26所示。
第一种配置比较简单，如图8-26a所示。但是在这种情况下，电流流过三个开关形成的通路时会产生较大的半导体损耗，从而增大了功耗［34］。
图8-25 矩阵变换器基本结构(www.xing528.com)
图8-26 双向开关配置
第二种配置如图8-26b所示，两个反并联的开关器件与阻塞二极管串联。由于需要监视电流的极性，所以控制困难。同时，开关器件还需要工作在不同的电位［34］。
第三种双向开关的配置如图8-26c所示。由于两个开关分别与一个二极管并联，所以控制比较简单。这种配置是最可靠的［34］。
因为矩阵变换器中的开关数量很大，所以需要非常复杂的控制策略。因为电流从一个开关状态到另一个开关状态，负载电流没有随意传输路径。常规逆变器正相反，其开关配有续流二极管，能为感性负载电流提供流通路径。双向开关的换流问题会影响故障状态下对功率电路的保护。在故障状态下，比如说过电流，由于负载是感性的，如果为了保护系统而关断器件，很可能会造成功率电路过电压和损坏。因此在确定矩阵变换器控制策略时，首先要注意避免将两个不同的输入线连接到相同的输出线上，其次要注意避免断开输出线［35］。
8.7.6.3 矩阵变换器的控制策略
为了避免以上提到的两个问题，有必要分析以下的特殊控制策略。
在部分重叠换流装置中，输入开关在输出开关切断后接通，这样就使输入线形成了短暂的短路，从而造成电路过电流。虽然可在输入侧加入额外的扼流圈限制电流，但是由于扼流圈体积庞大而且很昂贵，所以这种方法行不通［36］。
在死区换流装置中，输出开关在输入开关未接通时已经切断，这样会导致输出侧出现过电压。所以采用钳位电路，以保证负载侧电流的连续。以上两种策略都需要无功元件，而且功耗很高［36］。
半软换流技术是最可靠的方法，它可以通过图8-27中的双向开关单元控制电流方向。这种方法采用了换相和逻辑电流接收电流监测单元传回的信息及前级门极驱动通过输入端口传回的信号。相应地，它还通过输出端口由发射单元向双向开关单元的门极驱动单元发信号［36］。
由前面讨论过的电力电子标准件（PEBB）可知，可将带双向开关单元的功率模块与可编程逻辑器件（PLD）集成得到矩阵变换器电力电子标准件（Matrxi Converter Power Electron-ics Building Block，MC-PEBB）［35］。开发矩阵变换器新拓扑结构的研究也一直在进行，力求降低开关器件的数量以及改善控制策略。研究发现间接矩阵变换器（IMC）和稀疏矩阵变换器（Sparse Matrix Converter，SMC）非常有希望成为目前矩阵变换器的替代者，因为它们使用了空间矢量调制技术提供自然零电流换流，简化了控制策略［37］。
图8-27 半软换流技术
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