[發明專利]一種高壓脈沖放電破巖裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202211428323.1
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115864890A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 劉毅;黃仕杰;趙勇;徐尤來;林福昌;張欽
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H03K3/57;E21B7/15
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

1.一種高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，包括：

低壓蓄能模塊，包括M個并聯的第一電容器，用于實現低壓蓄能；

脈沖變壓器，其一次側繞組連接有M個并聯的晶閘管；M個所述晶閘管與M個所述第一電容器一一對應相連；所述脈沖變壓器用于在所述晶閘管的控制下將對應的第一電容器輸出的低壓轉換為高壓；

連接在所述脈沖變壓器二次側繞組上的第二電容器，用于存儲所述脈沖變壓器二次側輸出的高壓，并輸出高壓脈沖；

與所述第二電容器輸出端相連的多電極放電模塊，包括N個并聯的放電支路；2≤N≤M；所述放電支路包括串聯的陡化開關和放電電極；所述陡化開關用于控制所述高壓脈沖的輸入，并對所述高壓脈沖進行陡化；各所述放電電極分布在巖石的表面，并和巖石一同浸沒在液體介質中；

控制模塊，用于通過對所述晶閘管和所述陡化開關的開閉進行控制，使得N個所述放電電極在陡化后的高壓脈沖的作用下依次被擊穿，以實現充分破巖。

2.根據權利要求1所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，所述控制模塊用于執行破巖操作：將N個已實現低壓蓄能的所述第一電容器作為一組放電電容器；通過對所述晶閘管和所述陡化開關的開閉進行控制，重復執行單次破巖操作，直至N個所述放電電容器均放電完畢，此時，N個所述放電電極在陡化后的高壓脈沖的作用下依次被擊穿；

其中，所述單次破巖操作包括：針對某一還未進行放電的所述放電電容器，觸發其對應的晶閘管，使其經所述脈沖變壓器向所述第二電容器進行放電；完成放電后，進一步觸發某一未經觸發的陡化開關，以對所述第二電容器輸出的高壓脈沖進行陡化，并輸入至對應的放電電極中，從而使得該放電電極在陡化后的高壓脈沖的作用下被擊穿，以使巖石表面破碎。

3.根據權利要求2所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，還包括：

放電模塊，其輸出端與所述低壓蓄能模塊通過M個并聯的第一二極管相連，用于對低壓蓄能模塊進行充電；

其中，各所述第一二極管與各所述第一電容器一一對應相連；所述第一二極管用于限制充電電流的方向，防止電流向放電模塊倒流造成損壞。

4.根據權利要求3所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，所述控制模塊還用于在在執行完破巖操作后，判斷巖石是否達到預期破碎效果，若未達到，則控制所述放電模塊重新對所述低壓蓄能模塊進行充電，直至將至少N個所述第一電容充電至預設電壓后，停止充電，并再次執行所述破巖操作；重復上述過程，直至巖石達到預期破碎效果。

5.根據權利要求3所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，還包括：位于所述低壓蓄能模塊與所述放電模塊的輸出端之間、且與各所述第一二極管一一對應相連的M個充電開關；

所述控制模塊還用于控制各所述充電開關的開閉，從而選擇對相應的第一電容器進行充電。

6.根據權利要求5所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，所述充電開關為充電繼電器；所述第一二極管為充電硅堆。

7.根據權利要求3-5任意一項所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，所述放電模塊包括依次連接的輸入整流逆變單元、諧振升壓整流單元及T型回路；

所述輸入整流逆變單元包括：整流硅堆和高頻開關器件；交流輸入經所述整流硅堆整流后，通過所述高頻開關器件逆變為高頻電壓；

所述諧振升壓整流單元包括諧振回路及變壓器，用于提高所述諧振回路中的諧振頻率，并通過所述變壓器進行升壓；

所述T型回路用于防止所述第一電容放電后殘余負壓對所述放電模塊造成損壞。

8.根據權利要求1所述的高壓脈沖放電破巖裝置，其特征在于，還包括：與所述第一電容器和所述晶閘管所構成的低壓電容支路并聯的續流回路；

所述續流回路包含串聯的第二二極管和續流電阻；所述第二二極管用于限制所述續流回路的電流方向；所述續流電阻用于吸收晶閘管觸發后所述脈沖變壓器一次側的脈沖電流。