高压直流继电器作为一种具有高功率处理能力的桥式直动式双断点控制电器,被广泛应用于新能源汽车及充配电配套设备、光伏风能发电系统等领域。当存在结构设计和装配等问题时,双断点电器会出现触点接触和燃弧不平衡等现象。在实际的动作过程中,继电器触头系统并非呈现单方向运动,在三维空间中还存在着其他方向的偏移。而这些偏移运动的存在势必会增大触头系统的磨损,降低继电器的使用寿命,严重时甚至会导致继电器失效。高压直流继电器工作在高电压、大电流条件下,对电磁机构和触头系统进行全方位研究,对于提高其可靠性与使用寿命具有重要意义。因此,本文将三维动态测试技术与虚拟样机技术相结合,对高压直流继电器触头系统动态特性进行三维测试与分析,并分别对弹簧系统和整机模型进行三维仿真分析,为高压直流继电器的设计、生产及装配过程的质量控制提供重要的理论指导。本文结合图像采集系统、平面镜、照明系统和固定装置,设计了一套基于虚拟双目视觉原理的三维动态特性测试平台,对测试系统的精度进行了实验验证,并分析了影响其精度的因素。利用此平台,在通以不同励磁电压的情况下对高压直流继电器桥式双断点触头系统进行测试和三维重建,得到三维动态特性曲线,并对触头运动过程进行了分析。将三维重建后的测试数据导入到Adams多体动力学软件,实现继电器触头三维运动过程的可视化。利用有限元分析方法,建立弹簧系统仿真模型,对弹簧系统在电器动作过程中的运动机理进行理论研究和仿真分析。同时使用弹簧拉压试验机对弹簧仿真模型进行了验证。通过控制变量法对不同结构参数下的弹簧进行仿真,研究不同结构参数对弹簧力学特性的影响,为全面提高产品性能奠定基础。通过电-磁-力多场耦合的方法,利用Maxwell和Adams建立高压直流继电器电磁机构和整机三维仿真模型,实现对触头系统的三维动态特性仿真与分析,为电器虚拟样机三维仿真提供了一种方法。在此基础上,本文根据有效圈数对弹簧力学特性影响,对触头弹簧进行了设计,在保证吸反力合理配合的情况下提高了触头三维运动的平稳性,对提升产品性能和寿命具有一定的意义。