断路器在电力系统中具有控制、保护双重作用,真空断路器以其较高的安全性、可靠性,得到广泛的关注与应用。真空断路器在直流电力系统中进行故障电流开断时,利用触头自身产生的磁场对电弧进行调控也是提高断路器开断性能的基本途径之一。本文以机械式直流真空断路器工作条件为背景,从仿真和实验两个方面分析了真空电弧的磁场调控方法,仿真和实验所用的触头结构、开断电流等级等参数相似,结果用以指导直流真空灭弧室触头设计。真空灭弧室触头磁场分析采用有限元法,建立典型螺旋槽横磁触头、杯状纵磁触头模型,分析一定开断电流等级下弧隙中心平面处的磁场分布,得出各自不同的磁场调控特点;并以螺旋槽横磁触头为研究对象,探究螺旋槽形状、触头直径、倒角半径、开距等参数对触头间隙磁场分布的影响。为了结合横、纵磁电弧调控的优点,针对直流开断中频电弧的背景提出一种新型组合式混磁触头设计思想,并建立其三维结构模型和原理样机,分析其磁场分布特点,预测电弧运动轨迹,对比得出新型组合式混磁触头应用于直流断路器的对电弧的调控特性。搭建基于有源换流法的高压直流真空断路器开断实验平台,并使用螺旋槽横磁触头、杯状纵磁触头、新型组合式混磁触头进行直流开断实验,利用CMOS高速摄像机获取真空电弧图像并进行数字图像处理。通过分析电弧图像,对比三种不同触头控制下的电弧运动及形态变化,总结新型组合式混磁触头的调控特点及优势,初步认定这种横、纵磁电弧调控方式应用于直流真空灭弧室触头是可行的。