高压直流继电器是新能源产业中的重要控制元件,对新能源汽车、充电桩等运行过程的稳定性起着重要作用,其灭弧室结构紧凑,难以利用产气材料和灭弧栅片提高触头的分断能力,在分断大电流时,由于直流电流不存在过零点,电弧熄灭更加困难,对触头烧蚀严重,大大降低产品的电寿命和可靠性。目前主要通过加快触头分断速度,改进吹弧磁场和灭弧介质来提升产品的性能。本文针对继电器灭弧困难的问题对产品的结构参数进行优化设计,论文主要完成以下工作:1、建立基于Maxwell和Simplorer耦合电路方程的电磁系统有限元模型,通过正交试验法对电磁系统结构参数进行优化设计,提高电磁吸力,从而增大反力,加快触头分断速度;基于优化后的电磁系统,结合继电器吸、反力配合理论与多体动力学仿真技术对触头弹簧进行改进,加快触头分断速度,提高触头的灭弧能力。2、建立磁吹系统三维有限元模型,重点分析永磁体尺寸对外部磁场的影响,并建立相关数学模型;分析永磁体的安装位置、尺寸和充磁方向等因素对开断电弧燃弧区域磁场分布和磁感应强度大小的影响,以此对磁吹系统进行改进,提高永磁体的利用率,进一步提升触头的开断能力。3、搭建高压直流继电器触头带载实验平台,利用高速摄像机捕捉直流电弧的运动行为特性,分析直流电弧的停滞特性、运动特性及外加磁场对电弧灭弧的影响;根据磁流体动力学理论建立开断电弧三维运动模型,分析电弧的特征参数,结合电弧的数值模型和实验特征现象,寻找适合继电器触头运动过程的运动电弧模型。4、基于运动电弧模型,分析电弧的停滞现象及影响停滞现象的关键因素;对不同磁场作用下的电弧运动特性进行仿真分析,探究电弧在外加磁场作用下运动特性的本质,寻找外加磁场作用对灭弧特性的影响规律;分析不同灭弧介质及触头分断速度对电弧灭弧特性的影响规律。