我国新能源领域的快速兴起,电动汽车、全电飞机、轨道交通、光伏发电等直流供配电系统迅速发展。对直流开关的要求也日益增大。用氢气介质来提高直流电弧开断能力是具有发展潜力的灭弧技术,受到广泛研究。依靠氢气介质配合效磁吹可以冷却大电流产生的高热量、抑制电弧收缩,保持扩散态来提高电弧电压、减少触头边缘烧蚀,以实现电弧能量快速逸散,但能量逸散过程中的热力学、动力学机理研究还不够完善深入,亟待解决。氢气介质直流电弧短路开断过程中,非线性复杂系统下氢气固有特性与等离子体电弧相互影响,磁场的体积力多物理场协同下磁流体动力学力效应是使电弧能量快速逸散的重要因素,进而影响到开断能力。因此,有必要对有效磁吹氢气介质直流电弧的特性进行研究,以指导大开断容量开关电器的装备制造。本文利用Eindhoven微观电弧模型,考虑道尔顿分压定律、电荷准中性条件、质量作用定律和化学计量平衡条件,建立不同比例氢氮度下平衡态电弧等离子体微观模型。得到在上述条件下的各种粒子数密度的非线性方程组,对该非线性方程组采用牛顿迭代的方法进行编程计算,得到不同比例氢氮气体电弧物性参数,其中包括电导率、热导率、密度、粘度等参数,为宏观电弧仿真提供数据支持。本文使用comsol软件中的直流放电模块,采用第一类边界条件。在氢气介质中,对不同磁场类型和不同磁感应强度下的电弧的燃弧过程进行MHD动态仿真。结果表明横向磁场作用下,随着磁感应强度的增大,触头两端的过电压也逐渐增大,电弧的燃弧时间均显著减小。纵向磁场作用下,随着磁感应强度的增大,触头两端的电压曲线扰动增大。另外本文对典型H₂-N₂电弧分断实验动态过程和特定条件的开断能力进行仿真分析。为直流接触器的设计提供一定的参考。本文实验采用的是桥式触头结构密闭式样机进行实验。实验测得不同磁场强度、不同比例氢氮混合介质、不同开断速度、不同电流下直流电弧的电压电流变化和燃弧时间。结果表明氢气介质相对其他介质燃弧时间短,但是氢气比氮气分子质量小,粒子运动速度快,截流过电压高,容易发生电弧扰动,甚至电弧重击穿现象。在H₂-N₂混合介质为3:2时,可以有效的降低电弧重击穿现象。