电弧是电力系统、焊接、照明、冶金等领域研究的重要课题之一。特别是在开关电器的研究中,电弧直接影响开关电器的分断性能、电寿命等重要指标。当前电弧的研究主要集中在电弧稳定燃烧过程和电弧熄灭过程,电弧的形成过程很少被关注和研究。研究电弧形成过程不仅补充电弧理论弧前环节的理论模型,还能探索影响电弧形成过程的不稳定性因素,为灭弧提供解决方案。然而电弧形成过程的时间短,温区跨度大,中心温度高达几万摄氏度,微小的时空尺度内发生着复杂的物理过程,很难对其进行直接测量和完整观察,给电弧形成过程的研究带来了困难。因此开展电弧形成过程的研究,尤其是电击穿电弧形成过程及模型研究具有重要的意义。首先,本文根据气体发生击穿现象的电离因素不同,将电弧的形成分为热击穿方式和电击穿方式;针对电击穿电弧形成过程的特征,将电弧形成过程分为高压产生阶段、间歇击穿阶段以及电弧转移阶段,从而提出了电击穿电弧形成过程的三阶段模型;同时,针对电击穿电弧形成过程的研究需求,给出了一种串联式直流点弧装置,并成功应用于实验研究。其次,在高压产生阶段,建立高压产生等效电路,提出了点弧电压的分析和估算方法,研究了电源电压、负载电阻、限流电阻、分布电容等不同参数对输出点弧电压的影响,并用仿真和实验验证了点弧电压估算的准确性。然后,在间歇击穿阶段,提出了电弧间歇击穿模型,根据击穿电压和击穿燃弧能量,分析极间距离和起动电流对击穿特性的影响,通过仿真计算的结果与实验结果基本相符,验证了模型的有效性;同时,给出了极间距离与击穿电压和击穿燃弧能量的关系以及电击穿起弧的边界条件。最后,在电弧转移阶段,基于电弧能量平衡方程给出了电弧半径扩散模型,分析了不同参数对电弧动态伏安特性转移的影响;给出了极间距离与电弧转移响应时间和电弧电流的关系,仿真结果与实验结果相符。综上所述,本文所提电击穿电弧形成过程的三阶段模型适用于描述电击穿电弧形成过程。电击穿电弧形成过程也决定电弧的稳定性,并可应用于各种实践中。