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内容简介

本书作者ScottD.Sudhoff是从事电磁装置计算和优化设计的知名专家。本书给出了常见电磁装置（包括电感、电磁铁和永磁电机、变压器等）的详细参数计算方法以及优化算法的具体实现，给出了构建优化模型的详细流程，并将热分析整合到电磁装置优化设计中。本书介绍的多目标优化设计方法，方法新颖，内容具体，可读性强，为读者提供了一种能快速进行电磁装置优化设计的实用方法，对于从事电磁装置研究、设计的科研人员、工程技术人员和研究生，具有很高的参考价值。

目录

译者序
原书前言
第１章　优化设计１
　１.１　设计方法１
　１.２　目标函数的数学性质２
　１.３　牛顿法求解单目标优化５
　１.４　遗传算法：生物遗传学的回顾７
　１.５　标准遗传算法９
　１.６　实数编码遗传算法１４
　１.７　多目标优化和最优前沿解２４
　１.８　利用遗传算法求解多目标优化２６
　１.９　设计问题中适应度函数的建立２９
　１.１０　设计实例３２
　参考文献３８
　习题３８
第２章　磁和等效磁路３９
　２.１　安培定律、磁动势和针对磁路的基尔霍夫磁动势定律３９
　２.２　磁通、高斯定律和磁路的基尔霍夫磁通定律４２
　２.３　导磁材料和磁路欧姆定律４４
　２.４　等效磁路的建立５１
　２.５　磁路转换为电路：磁链和电感５４
　２.６　磁路中的边缘磁通５９
　２.７　等效磁路中的漏磁通６３
　２.８　非线性磁路的数值解７３
　２.９　永磁材料及其磁路表示８６
　２.１０　有限元分析８９
　参考文献９０
　习题９１
第３章　电感设计９３
　３.１　常用的电抗器结构　９３
　３.２　直流线圈电阻９４
　３.３　直流电感设计９７
　３.４　实例研究１０２
　３.５　结束语１０８
　参考文献１０８
　习题１０９
第４章　电磁力与电磁转矩１１０
　４.１　机电装置中的能量存储１１０
　４.２　磁能计算１１１
　４.３　根据磁能计算电磁力１１４
　４.４　磁共能１１５
　４.５　根据磁共能计算电磁力１１８
　４.６　保守场的条件１１９
　４.７　磁线性系统１２０
　４.８　电磁转矩１２１
　４.９　利用等效磁路计算电磁力１２１
　参考文献１２４
　习题１２４
第５章　电磁铁设计１２６
　５.１　常用电磁铁结构１２６
　５.２　ＥＩ型铁心电磁铁的电路、磁路和电磁力分析１２７
　５.３　ＥＩ型铁心电磁铁设计１３５
　５.４　举例分析１４０
　参考文献１４５
　习题１４６
第６章　铁心损耗１４７
　６.１　涡流损耗１４７
　６.２　磁滞损耗和Ｂ－Ｈ回线１５３
　６.３　铁心损耗的经验模型１５７
　６.４　铁心损耗的时域模型１６２
　参考文献１６７
　习题１６８
第７章　变压器设计１６９
　７.１　常用变压器结构１６９
目　　录Ⅶ　
　７.２　Ｔ型等效电路模型１７０
　７.３　稳态分析１７３
　７.４　变压器的运行分析１７５
　７.５　心式变压器结构１８２
　７.６　心式变压器的ＭＥＣ模型１８９
　７.７　铁心损耗１９４
　７.８　心式变压器的设计１９５
　７.９　设计实例研究２０１
　７.１０　结束语２０８
　参考文献２０９
　习题２０９
第８章　分布式绕组和旋转电机２１０
　８.１　分布式绕组的描述２１０
　８.２　绕组函数２１８
　８.３　气隙磁动势２２１
　８.４　旋转磁动势２２４
　８.５　磁链和电感２２５
　８.６　槽的影响和卡特系数２２７
　８.７　漏电感２２９
　８.８　电阻２３３
　８.９　参考坐标系理论介绍２３４
　８.１０　转矩的表示２３８
　参考文献２４３
　习题２４３
第９章　永磁交流电机设计２４６
　９.１　永磁同步电机２４６
　９.２　ＰＭＡＣ电机的运行特性２４７
　９.３　电机结构尺寸２５５
　９.４　定子绕组２５９
　９.５　材料参数２６２
　９.６　定子电流和控制规则２６３
　９.７　径向磁场分析２６３
　９.８　集总参数２６７
　９.９　铁心内磁场的分析２６９
　９.１０　设计问题的公式化表达２７３
　９.１１　实例分析２７８
　Ⅷ 电磁装置的多目标优化设计
　９.１２　扩展２８５
　参考文献２８６
　习题２８６
第１０章　等效热路２８８
　１０.１　热能、热流和传热方程２８８
　１０.２　一维热流的等效热路２９０
　１０.３　长方体区域的等效热路２９６
　１０.４　圆柱形区域的等效热路２９９
　１０.５　不均质区域３０５
　１０.６　材料边界３１１
　１０.７　等效热路３１３
　１０.８　实例研究：电磁铁的热模型３１７
　参考文献３３２
　习题３３２
第１１章　导体的交流损耗３３４
　１１.１　带状绕组的趋肤效应３３４
　１１.２　圆柱形导体中的趋肤效应３４０
　１１.３　单个导体的邻近效应３４３
　１１.４　趋肤效应和邻近效应的独立性３４５
　１１.５　一组导体内的邻近效应３４７
　１１.６　均方场与漏磁导　３５０
　１１.７　选定形状的均方磁场３５１
　１１.８　旋转电机中的导体损耗３５５
　１１.９　ＵＩ型铁心电感的导体损耗３５９
　１１.１０　结束语３６３
　参考文献３６４
　习题３６４
附录３６５
　附录Ａ　导体数据和线规标准３６５
　附录Ｂ　铁氧体铁心的数据３６６
　附录Ｃ　铁磁材料的数据３６８
　附录Ｄ　永磁材料的数据３６９
　附录Ｅ　相量分析３７０
　附录Ｆ　三角恒等式３７５

前言/序言

本书既可作为本科高年级或研究生一年级的教材，也可为工程技术人员提供参考。本书的写作目标有三：一是为电磁装置的半自动化设计提供系统的多目标优化设计方法；二是讨论这些电磁装置优化设计所必需的分析方法，包括磁场分析、等效磁路分析、铁耗、热分析和集肤效应等；三是介绍电磁装置，如电感、电磁铁、变压器和电机等方面的基础知识。作者并非要写一本包括所有电磁装置设计方法的参考书，而是希望读者读后能将本书的方法用于他们感兴趣的电磁装置的优化设计。
从教育学的角度讲，本书编排方式能使读者尽快熟悉设计过程。先全面介绍各电磁装置的相关知识、再讨论其设计问题也许是一种更高效的方法，但对那些急于进行工程设计的读者来说并不总是令人满意的。因此，本书将原理知识与设计问题交替地进行讨论。
第１章介绍了基于遗传算法的多目标优化方法，虽没有对优化问题进行全面讨论，但的确为多目标优化设计的实施提供了充足的背景知识。第２章讲述了本书广泛使用的磁路分析方法。在第１、２章内容的基础上，第３章开始介绍设计问题，讨论了电感的优化设计。第４章讨论了电磁力和电磁转矩的计算方法，并在第５章中将其用于电磁铁设计。第６章介绍了铁耗计算方法，在第７章将其用于变压器设计。这种分析和设计交替进行的方式一直延续到第８章和第９章的旋转电机设计问题。本书最后两章是对前面内容的补充，第１０章讨论了电磁装置的热分析方法，第１１章讨论了趋肤效应和邻近效应。
本书的内容超出了一学期课程的容量，因此作者建议将１～６章作为基本内容，剩下的章节可由教师或读者根据情况取舍，当然第８章是第９章的重要基础。
本书的第８、９两章是根据《ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍｓ，３ｒｄｅｄｉｔｉｏｎ》（作者是ＰａｕｌＫｒａｕｓｅ，ＯｌｅｇＷａｓｙｎｃｚｕｋ，ＳｃｏｔｔＤ�保樱酰洌瑁铮妫婧停樱簦澹觯澹校澹氇玻幔颍澹耄┑牡冢舱潞偷冢保嫡挛�基础完成的，该书也由ＩＥＥＥ／Ｗｉｌｅｙ出版。
本书中的ＭＡＴＬＡＢ源代码由ＳｃｏｔｔＤ�保樱酰洌瑁铮妫娴摹叮停粒裕蹋粒拢茫铮洌澹螅妫铮颍校铮鳎澹颍停幔纾睿澹簦椋悖模澹觯椋悖澹螅海粒停酰欤簦椋�ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＤｅｓｉｇｎＡｐｐｒｏａｃｈ》（在线） 给出，可在ｈｔｔｐ： ／／ｂｏｏｋｓｕｐｐｏｒｔ�保鳎椋欤澹��保悖铮砩匣竦谩Ｕ庑┐�码包括遗传优化系统工程工具箱、等效磁路工具箱、等效热路工具箱，以及本书中所有的设计算例。这将大大减小那些用本书进行教学或实际应用的读者的工作量。本书还可提供部分带注释的幻灯片。
在本书中，标量用斜体表示（例如ｘ），矢量和矩阵用粗的黑斜体表示（例如ｘ）。所有函数都用斜体、非粗体表示（例如ｘ（θ））。在迭代方法中，方括号与迭代次数有关。
本书作者要特别感谢下面各位。首先，感谢我的父母。他们给了我时间、支持、包容，让我追求自己的理想。在高中，我幸运地遇到了许多优秀的老师。我特别感激ＴｈｏｍａｓｉｔａＨａｙｅｓ修女。在大学阶段，我也有幸得到了良师的指导，特别是ＳｔａｎｉｓｌａｗＺａｋ在控制和优化方面给以我的指导，ＦｒｅｄＭｏｗｌｅ教会我如何编程，而ＰａｕｌＫｒａｕｓｅ教我电机学。Ｐａｕｌ后来成为我在普渡大学的导师，在我和其他学生眼里，他有时是淘气的小哥哥，有时是严肃的祖父。我在密苏里大学罗拉分校（现在的密苏里科技大学） 开始我的事业。在这里，我有幸结识许多良师益友，包括ＫｅｉｔｈＳｔａｎｅｋ，ＭａｘＡｎｄｅｒｓｏｎ，ＭａｒｉｅｓａＣｒｏｗ，以及ＪｉｍＤｒｅｗｎｉａｋ。
我还要感谢许多我现在和过去的学生、博士后以及研究人员，他们直接或间接地对本书做出了贡献，包括ＢｅｎｊａｍｉｎＬｏｏｐ，ＣｈｕｎｋｉＫｗｏｎ，Ｊｉｍ Ｃａｌｅ，ＡａｒｏｎＣｒａｍｅｒ， Ｂｒａｎｄｏｎ Ｃａｓｓｉｍｅｒｅ， ＢｒａｎｔＣａｓｓｉｍｅｒｅ， Ｃｈｕｃｋ Ｓｕｌｌｉｖａｎ， Ｒｉｃｋｙ Ｃｈａｎ，ＳｈｅｎｇｙｕＷａｎｇ，ＹｏｎｇｇｏｎＬｅｅ，ＣａｈｙａＨａｒｉａｎｔｏ，ＪａｃｏｂＫｒｉｚａｎ，ＧｒａｎｔＳｈａｎｅ，ＯｍａｒＬａｌｄｉｎ，ＡｈｍｅｄＴａｈｅｒ， ＪａｍａｌＡｌｓａｗｈａｌｉ， ＨａｒｉｓｈＳｕｒｙａｎａｒａｙａｎａ， ＪｏｎａｔｈａｎＣｒｉｄｅｒ，ＪａｍａｌＡｌｓａｗａｌｈｉ，ＧｒａｎｔＳｈａｎｅ，ＪｏｎａｔｈａｎＣｒｉｄｅｒ，ＡｈｍｅｄＴａｈｅｒ，ＲｕｉｙａｎｇＬｉｎ，ＤａｖｉｄＬｏｄｅｒ，ＡｎｄｒｅｗＫａｓｈａ，他们为本书的有限元分析和实验数据的获得做了大量工作。最后，我还要感谢ＪｕｌｉｅＳｕｄｈｏｆｆ，ＪａｍａｌＡｌｓａｗａｌｈｉ，ＲａｃｈｅｌＧｒｏｓｓｍａｎ，ＤａｖｉｄＬｏｄｅｒ，以及ＡｎｄｒｅｗＫａｓｈａ，他们阅读了初稿并给出宝贵意见。我还要特别感谢ＤｉｏｎｙｓｉｏｓＡｌｉｐｒａｎｔｉｓ，他激发了我对遗传算法的兴趣。
许多美国政府机构给本书内容的研究工作给予了支持，包括陆军、海军、美国国家航空航天局。美国海军研究办公室一直为我的研究工作提供长期稳定的支持，直接和间接地对本书做出了贡献，没有这些支持，本书是不可能完成的。格兰杰基金会的支持对我在普渡大学的研究工作也非常重要。
最后，我要感谢普渡大学的同事。任何部门中，最关键的是与你共事的人。
在这方面，我在普渡大学的同事ＰａｕｌＫｒａｕｓｅ，ＯｌｅｇＷａｓｙｎｃｚｕｋ，ＳｔｅｖｅＰｅｋａｒｅｋ，Ｃｈｅｅ－ＭｕｎＯｎｇ，ＤｉｏｎｙｓｉｏｓＡｌｉｐｒａｎｔｉｓ，ＭａｒｙａｍＳａａｅｄｉｆａｒｄ，以及ＲａｇｕＢａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ组成了一个很好的团队。我也有幸在其他机构结识了很好的朋友，特别是Ｐａｕｌａ和Ｅｄ�保冢椋觯椤�
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