一种高压脉冲放电破岩装置及其控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115864890A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211428323.1(22)申请日2022.11.15(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人刘毅黄仕杰赵勇徐尤来林福昌张钦(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201专利代理师夏倩(51)Int.Cl.H02M9/04(2006.01)H03K3/57(2006.01)E21B7/15(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称一种高压脉冲放电破岩装置及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种高压脉冲放电破岩装置及其控制方法，属于高压电技术领域，其中，脉冲变压器的一次侧绕组分别连接有与M个第一电容器一一对应相连的M个晶闸管，二次侧绕组上连接有第二电容器；通过控制晶闸管的开闭可以将对应第一电容器中的能量经脉冲变压器传递给第二电容器，与此同时，与第二电容相连的多电极放电模块中的各放电电极均设置有对应的陡化开关，通过控制陡化开关的开闭可对第二电容器输出的高压脉冲进行陡化，并输入至对应的放电电极中，从而控制各放电电极在陡化后的高压脉冲的作用下依次被击穿，实现多电极破岩；本发明结构简单、可控性强，可驱动多电极依次放电，提升破岩效果，使岩石破碎地更加充分。CN115864890ACN115864890A权利要求书1/2页1.一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，包括：低压蓄能模块，包括M个并联的第一电容器，用于实现低压蓄能；脉冲变压器，其一次侧绕组连接有M个并联的晶闸管；M个所述晶闸管与M个所述第一电容器一一对应相连；所述脉冲变压器用于在所述晶闸管的控制下将对应的第一电容器输出的低压转换为高压；连接在所述脉冲变压器二次侧绕组上的第二电容器，用于存储所述脉冲变压器二次侧输出的高压，并输出高压脉冲；与所述第二电容器输出端相连的多电极放电模块，包括N个并联的放电支路；2≤N≤M；所述放电支路包括串联的陡化开关和放电电极；所述陡化开关用于控制所述高压脉冲的输入，并对所述高压脉冲进行陡化；各所述放电电极分布在岩石的表面，并和岩石一同浸没在液体介质中；控制模块，用于通过对所述晶闸管和所述陡化开关的开闭进行控制，使得N个所述放电电极在陡化后的高压脉冲的作用下依次被击穿，以实现充分破岩。2.根据权利要求1所述的高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述控制模块用于执行破岩操作：将N个已实现低压蓄能的所述第一电容器作为一组放电电容器；通过对所述晶闸管和所述陡化开关的开闭进行控制，重复执行单次破岩操作，直至N个所述放电电容器均放电完毕，此时，N个所述放电电极在陡化后的高压脉冲的作用下依次被击穿；其中，所述单次破岩操作包括：针对某一还未进行放电的所述放电电容器，触发其对应的晶闸管，使其经所述脉冲变压器向所述第二电容器进行放电；完成放电后，进一步触发某一未经触发的陡化开关，以对所述第二电容器输出的高压脉冲进行陡化，并输入至对应的放电电极中，从而使得该放电电极在陡化后的高压脉冲的作用下被击穿，以使岩石表面破碎。3.根据权利要求2所述的高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，还包括：放电模块，其输出端与所述低压蓄能模块通过M个并联的第一二极管相连，用于对低压蓄能模块进行充电；其中，各所述第一二极管与各所述第一电容器一一对应相连；所述第一二极管用于限制充电电流的方向，防止电流向放电模块倒流造成损坏。4.根据权利要求3所述的高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述控制模块还用于在在执行完破岩操作后，判断岩石是否达到预期破碎效果，若未达到，则控制所述放电模块重新对所述低压蓄能模块进行充电，直至将至少N个所述第一电容充电至预设电压后，停止充电，并再次执行所述破岩操作；重复上述过程，直至岩石达到预期破碎效果。5.根据权利要求3所述的高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，还包括：位于所述低压蓄能模块与所述放电模块的输出端之间、且与各所述第一二极管一一对应相连的M个充电开关；所述控制模块还用于控制各所述充电开关的开闭，从而选择对相应的第一电容器进行充电。6.根据权利要求5所述的高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述充电开关为充电继电器；所述第一二极管为充电硅堆。7.根据权利要求3‑5任意一项所述的高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述放电模2CN115864890A权利要求书2/2页块包括依次连接的输入整流逆变单元、谐振升压整流单元及T型回路；所述输入整流逆变单元包括：整流硅堆和高频开关器件；交流输入经所述整流硅堆整流后，通过所述高频开关器件逆变为高频电压；所述谐振升压整流单元包括谐振回路及变压器，用于提高所述谐振回路中的谐振频率，并通过所述变压器进行升压；所述T型回路用于防止