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近年来，随着高功率密度直流继电器应用领域的不断拓宽，高电压、大电流、小体积、长寿命成为了其发展趋势，同时这也对其灭弧、抗侵蚀、抗熔焊等电性能提出了更严苛的要求。从为相关产品的开发与制造提供理论指导以及打破国外技术垄断的角度出发，对影响高功率密度直流继电器电性能的关键因素进行研究意义重大。
本文搭建了一套能模拟不同环境气氛、不同电压电流、不同横向吹弧磁场条件下高功率密度直流继电器触头的电接触操作，同时采集和储存相关数据、波形的实验平台。此外针对平台在硬件和软件上的缺陷和不足进行了改进和补充，即改进了触头滑块和永磁体托架，并基于LabVIEW软件编写了一套准确高效的触头熔焊力计算程序。
本文在200―500VDC/40―150A阻性负载条件下，对Cu、CuW50、CuW60和AgW60四种触头开展了一个大气压的N2、CO2等六种气氛中的电接触实验，研究了环境气氛和触头材料对触头分断燃弧时间、侵蚀、接触电阻和熔焊的影响。结果表明，O2中燃弧时间往往最长，Air中较短。纯气体与混合气体之间的燃弧时间存在“最优效应”、“中间效应”和“最劣效应”。各触头中AgW60燃弧时间最长，Cu最短，CuW60略短于CuW50。在侵蚀方面，总体上，O2中最严重，N2中最轻且其中的材料转移方向相比其他气氛不同。AgW60侵蚀量为各材料中最大，Cu最小，CuW60的抗侵蚀性能略优于CuW50。接触电阻方面，O2中接触电阻最大，Air次之，0.5CO2+0.5Ar中通常最小，而触头材料对接触电阻未体现明显具有共性的影响规律。在熔焊方面，各气氛中O2抗熔焊性最强，Air次之，各材料中AgW60抗熔焊性最强，其次为Cu。
本文在270VDC/200A阻性负载条件下，对Cu、CuW60和AgW60触头开展了一个大气压的N2、CO2中的对称非对称配对实验。结果表明，非对称配对中Cu(-)-AgW60(+)抗熔焊最好，Cu(+)-CuW60(-)最差。Ag作阳极时抗熔焊比作阴极时好，Cu作阴极时抗熔焊比作阳极时好。
本文在200―500VDC/40―150A阻性负载条件下，对Cu在N2、CO2气氛中以及30、50、70、90和110mT横向磁场下实施的实验表明，一般情况下，磁场越强分断燃弧时间越短，分断燃弧时间随磁场的变化梯度并非单调下降而是有所波动，而磁场不变时，不同气氛中的分断燃弧时间随电流增加的增减趋势不同。磁场增加还会导致触头阳极和总侵蚀量增大，在CO2中还引起材料转移增加。
本文基于Cu触头在多个电压电流条件下、多个磁场、多种气氛中的分断燃弧时间实验数据，通过PCA—BP神经网络拟合建立了能一定程度上表征电压电流、横向磁场和气体物性参数对分断燃弧时间影响的数学模型。经检验，模型拟合优度较高，拟合公式中分断燃弧时间与电流、气体比热容、热导率、游离电位偏向正相关，与电压、磁场、气体相对分子质量、黏度、电亲和性偏向负相关。该模型用于预测其他条件下实验结果时，对高电压大电流条件的适用性比低电压小电流条件更好。
本文搭建了一套能模拟不同环境气氛、不同电压电流、不同横向吹弧磁场条件下高功率密度直流继电器触头的电接触操作，同时采集和储存相关数据、波形的实验平台。此外针对平台在硬件和软件上的缺陷和不足进行了改进和补充，即改进了触头滑块和永磁体托架，并基于LabVIEW软件编写了一套准确高效的触头熔焊力计算程序。
本文在200―500VDC/40―150A阻性负载条件下，对Cu、CuW50、CuW60和AgW60四种触头开展了一个大气压的N2、CO2等六种气氛中的电接触实验，研究了环境气氛和触头材料对触头分断燃弧时间、侵蚀、接触电阻和熔焊的影响。结果表明，O2中燃弧时间往往最长，Air中较短。纯气体与混合气体之间的燃弧时间存在“最优效应”、“中间效应”和“最劣效应”。各触头中AgW60燃弧时间最长，Cu最短，CuW60略短于CuW50。在侵蚀方面，总体上，O2中最严重，N2中最轻且其中的材料转移方向相比其他气氛不同。AgW60侵蚀量为各材料中最大，Cu最小，CuW60的抗侵蚀性能略优于CuW50。接触电阻方面，O2中接触电阻最大，Air次之，0.5CO2+0.5Ar中通常最小，而触头材料对接触电阻未体现明显具有共性的影响规律。在熔焊方面，各气氛中O2抗熔焊性最强，Air次之，各材料中AgW60抗熔焊性最强，其次为Cu。
本文在270VDC/200A阻性负载条件下，对Cu、CuW60和AgW60触头开展了一个大气压的N2、CO2中的对称非对称配对实验。结果表明，非对称配对中Cu(-)-AgW60(+)抗熔焊最好，Cu(+)-CuW60(-)最差。Ag作阳极时抗熔焊比作阴极时好，Cu作阴极时抗熔焊比作阳极时好。
本文在200―500VDC/40―150A阻性负载条件下，对Cu在N2、CO2气氛中以及30、50、70、90和110mT横向磁场下实施的实验表明，一般情况下，磁场越强分断燃弧时间越短，分断燃弧时间随磁场的变化梯度并非单调下降而是有所波动，而磁场不变时，不同气氛中的分断燃弧时间随电流增加的增减趋势不同。磁场增加还会导致触头阳极和总侵蚀量增大，在CO2中还引起材料转移增加。
本文基于Cu触头在多个电压电流条件下、多个磁场、多种气氛中的分断燃弧时间实验数据，通过PCA—BP神经网络拟合建立了能一定程度上表征电压电流、横向磁场和气体物性参数对分断燃弧时间影响的数学模型。经检验，模型拟合优度较高，拟合公式中分断燃弧时间与电流、气体比热容、热导率、游离电位偏向正相关，与电压、磁场、气体相对分子质量、黏度、电亲和性偏向负相关。该模型用于预测其他条件下实验结果时，对高电压大电流条件的适用性比低电压小电流条件更好。