二十一世纪以来,直流输配电技术得到了空前的发展和长足应用,大功率直流电源的快速发展,也对相应的电器设备提出了更高要求。直流空气断路器,作为低压开关电器的主导产品,主要用于故障隔离、开断正常条件或非正常条件下的电流,并为负载提供保护。低压配电系统广泛采用塑壳断路器为负载设备提供过载及短路保护,负责电路的正常接通及故障开断。随着电压水平的不断提高,现有的空气直流断路器受到了开断容量等关键参数的限制,电弧快速、可靠熄灭变得极其困难,已经不能满足当前我国直流配电系统及工程应用对断路器大容量、小型化、长寿命的需求。因此,研究和掌握影响电弧调控的因素并找到行之有效的电弧驱动方式,以此来指导和改进直流空气断路器产品的研发设计,具有较好的现实意义。本文制作了直流空气断路器样机并搭建开断实验平台,在内置产气材料与外施磁场两种驱弧条件下完成特定回路的开断实验,采集并分析了电弧的相关数据和动态电弧图像。根据样机模型,基于磁流体动力学(MHD)理论和相关假设,运用COMSOL Multiphysics软件建立了二维直流空气断路器电弧仿真模型。采用移动网格技术将灭弧室模型内动触头的运动简化模拟为匀速圆周运动,分别完成了不同大小磁场作用下的模型开断电弧仿真,得到电弧变化的全动态过程。通过对比分析灭弧室内各物理场、洛伦兹力、电导率分布对弧压、弧流等电弧参数影响,揭示了电弧动态演变、“双弧根”和弧根跃迁等现象产生的根本原因,并与同等条件的实验结果进行了比对,论证了仿真模型的正确性。通过更改模型参数和入口边界条件,仿真研究了不同压强大小的气流流入对空气断路器灭弧室内电弧的影响,并于不同外施磁场时的电弧动态特性进行了对比;同时增大模型开断的回路电压,探究了模型在磁场驱动下开断较大电压回路时电弧演变过程。证明了本仿真模型具有良好的可拓展性,能够实现以仿真手段正确地指导断路器灭弧室的设计和实验的开展。仿真与实验结果表明:本文模型较好地揭示了直流空气断路器灭弧室内电弧发展的全动态过程,及电弧动态变化的各影响因素,从气流和磁场两方面探究了电弧驱动的有效手段,对于设计并改进断路器内灭弧室结构有一定的指导意义。