直流开关电器作为电气设备中的关键部件,在输配电网的分断控制等方面有着大范围的应用。在大功率应用场景下,直流接触器在分断或闭合时均会发生燃弧,电弧对触头除了烧蚀作用外,还存在斥力作用,对触头的运动状态造成重要影响,在频繁操作后还易引起接触器结构的疲劳损坏。本课题以大功率直流接触器燃弧过程中电弧的气动斥力为研究对象,从实验与仿真两个方面对气动斥力特性及影响因素进行分析研究。首先,设计触头斥力测试装置与大功率直流电源装置,搭建触头斥力测量实验平台。实验平台采用并联电容组放电提供大功率输出,采用两套PLC系统作为控制核心分别对电弧放电过程及机械结构进行控制调整,可实现放电功率等级、触头分离速度以及触头间隙的精确控制。基于该平台,可在不同实验电压和电流、不同触头间距及触头类型条件下,对燃弧过程中触头承受的斥力、电弧电压及电弧电流进行精确测量。其次,通过实验分析气动斥力特性,研究触头间距、电压电流等级、触头表面积等不同实验条件对气动斥力特性的影响。通过电弧电流计算电动斥力,与实验测量的触头总斥力作差后得到气动斥力。通过典型实验案例对气动斥力特性进行深入分析,在触头间距、电压电流等级、触头表面积三个方面进行对比试验,分析不同实验条件对气动斥力的作用规律及机理。然后,建立了二维电弧动态仿真模型,对燃弧过程中触头承受的气动斥力进行仿真计算。该模型基于磁流体动力学理论,耦合了电场、磁场、温度场、流体流动等多物理过程。基于该模型可获得触头间隙内的温度场、气体分子密度分布、气体压强分布,进而计算出气动斥力数据。基于仿真计算模型对典型案例进行求解并分析气动斥力特性,将仿真计算结果与实验结果对比,对比结果表明误差在可控范围内,验证了仿真计算模型的准确性。最后,基于所建立的仿真计算模型,系统地研究了初始气压与气体材料属性中的电导率、导热系数、恒压热容对气动斥力的影响规律。通过对比不同状态下仿真得到的触头间隙气体压力分布及气动斥力数值变化规律,对气体初始气压与材料属性相关参数对气动斥力造成的影响机制进行阐述分析。