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內容簡介

本書作者ScottD.Sudhoff是從事電磁裝置計算和優化設計的知名專傢。本書給齣瞭常見電磁裝置（包括電感、電磁鐵和永磁電機、變壓器等）的詳細參數計算方法以及優化算法的具體實現，給齣瞭構建優化模型的詳細流程，並將熱分析整閤到電磁裝置優化設計中。本書介紹的多目標優化設計方法，方法新穎，內容具體，可讀性強，為讀者提供瞭一種能快速進行電磁裝置優化設計的實用方法，對於從事電磁裝置研究、設計的科研人員、工程技術人員和研究生，具有很高的參考價值。

目錄

譯者序
原書前言
第１章　優化設計１
　１.１　設計方法１
　１.２　目標函數的數學性質２
　１.３　牛頓法求解單目標優化５
　１.４　遺傳算法：生物遺傳學的迴顧７
　１.５　標準遺傳算法９
　１.６　實數編碼遺傳算法１４
　１.７　多目標優化和最優前沿解２４
　１.８　利用遺傳算法求解多目標優化２６
　１.９　設計問題中適應度函數的建立２９
　１.１０　設計實例３２
　參考文獻３８
　習題３８
第２章　磁和等效磁路３９
　２.１　安培定律、磁動勢和針對磁路的基爾霍夫磁動勢定律３９
　２.２　磁通、高斯定律和磁路的基爾霍夫磁通定律４２
　２.３　導磁材料和磁路歐姆定律４４
　２.４　等效磁路的建立５１
　２.５　磁路轉換為電路：磁鏈和電感５４
　２.６　磁路中的邊緣磁通５９
　２.７　等效磁路中的漏磁通６３
　２.８　非綫性磁路的數值解７３
　２.９　永磁材料及其磁路錶示８６
　２.１０　有限元分析８９
　參考文獻９０
　習題９１
第３章　電感設計９３
　３.１　常用的電抗器結構　９３
　３.２　直流綫圈電阻９４
　３.３　直流電感設計９７
　３.４　實例研究１０２
　３.５　結束語１０８
　參考文獻１０８
　習題１０９
第４章　電磁力與電磁轉矩１１０
　４.１　機電裝置中的能量存儲１１０
　４.２　磁能計算１１１
　４.３　根據磁能計算電磁力１１４
　４.４　磁共能１１５
　４.５　根據磁共能計算電磁力１１８
　４.６　保守場的條件１１９
　４.７　磁綫性係統１２０
　４.８　電磁轉矩１２１
　４.９　利用等效磁路計算電磁力１２１
　參考文獻１２４
　習題１２４
第５章　電磁鐵設計１２６
　５.１　常用電磁鐵結構１２６
　５.２　ＥＩ型鐵心電磁鐵的電路、磁路和電磁力分析１２７
　５.３　ＥＩ型鐵心電磁鐵設計１３５
　５.４　舉例分析１４０
　參考文獻１４５
　習題１４６
第６章　鐵心損耗１４７
　６.１　渦流損耗１４７
　６.２　磁滯損耗和Ｂ－Ｈ迴綫１５３
　６.３　鐵心損耗的經驗模型１５７
　６.４　鐵心損耗的時域模型１６２
　參考文獻１６７
　習題１６８
第７章　變壓器設計１６９
　７.１　常用變壓器結構１６９
目　　錄Ⅶ　
　７.２　Ｔ型等效電路模型１７０
　７.３　穩態分析１７３
　７.４　變壓器的運行分析１７５
　７.５　心式變壓器結構１８２
　７.６　心式變壓器的ＭＥＣ模型１８９
　７.７　鐵心損耗１９４
　７.８　心式變壓器的設計１９５
　７.９　設計實例研究２０１
　７.１０　結束語２０８
　參考文獻２０９
　習題２０９
第８章　分布式繞組和鏇轉電機２１０
　８.１　分布式繞組的描述２１０
　８.２　繞組函數２１８
　８.３　氣隙磁動勢２２１
　８.４　鏇轉磁動勢２２４
　８.５　磁鏈和電感２２５
　８.６　槽的影響和卡特係數２２７
　８.７　漏電感２２９
　８.８　電阻２３３
　８.９　參考坐標係理論介紹２３４
　８.１０　轉矩的錶示２３８
　參考文獻２４３
　習題２４３
第９章　永磁交流電機設計２４６
　９.１　永磁同步電機２４６
　９.２　ＰＭＡＣ電機的運行特性２４７
　９.３　電機結構尺寸２５５
　９.４　定子繞組２５９
　９.５　材料參數２６２
　９.６　定子電流和控製規則２６３
　９.７　徑嚮磁場分析２６３
　９.８　集總參數２６７
　９.９　鐵心內磁場的分析２６９
　９.１０　設計問題的公式化錶達２７３
　９.１１　實例分析２７８
　Ⅷ 電磁裝置的多目標優化設計
　９.１２　擴展２８５
　參考文獻２８６
　習題２８６
第１０章　等效熱路２８８
　１０.１　熱能、熱流和傳熱方程２８８
　１０.２　一維熱流的等效熱路２９０
　１０.３　長方體區域的等效熱路２９６
　１０.４　圓柱形區域的等效熱路２９９
　１０.５　不均質區域３０５
　１０.６　材料邊界３１１
　１０.７　等效熱路３１３
　１０.８　實例研究：電磁鐵的熱模型３１７
　參考文獻３３２
　習題３３２
第１１章　導體的交流損耗３３４
　１１.１　帶狀繞組的趨膚效應３３４
　１１.２　圓柱形導體中的趨膚效應３４０
　１１.３　單個導體的鄰近效應３４３
　１１.４　趨膚效應和鄰近效應的獨立性３４５
　１１.５　一組導體內的鄰近效應３４７
　１１.６　均方場與漏磁導　３５０
　１１.７　選定形狀的均方磁場３５１
　１１.８　鏇轉電機中的導體損耗３５５
　１１.９　ＵＩ型鐵心電感的導體損耗３５９
　１１.１０　結束語３６３
　參考文獻３６４
　習題３６４
附錄３６５
　附錄Ａ　導體數據和綫規標準３６５
　附錄Ｂ　鐵氧體鐵心的數據３６６
　附錄Ｃ　鐵磁材料的數據３６８
　附錄Ｄ　永磁材料的數據３６９
　附錄Ｅ　相量分析３７０
　附錄Ｆ　三角恒等式３７５

前言/序言

本書既可作為本科高年級或研究生一年級的教材，也可為工程技術人員提供參考。本書的寫作目標有三：一是為電磁裝置的半自動化設計提供係統的多目標優化設計方法；二是討論這些電磁裝置優化設計所必需的分析方法，包括磁場分析、等效磁路分析、鐵耗、熱分析和集膚效應等；三是介紹電磁裝置，如電感、電磁鐵、變壓器和電機等方麵的基礎知識。作者並非要寫一本包括所有電磁裝置設計方法的參考書，而是希望讀者讀後能將本書的方法用於他們感興趣的電磁裝置的優化設計。
從教育學的角度講，本書編排方式能使讀者盡快熟悉設計過程。先全麵介紹各電磁裝置的相關知識、再討論其設計問題也許是一種更高效的方法，但對那些急於進行工程設計的讀者來說並不總是令人滿意的。因此，本書將原理知識與設計問題交替地進行討論。
第１章介紹瞭基於遺傳算法的多目標優化方法，雖沒有對優化問題進行全麵討論，但的確為多目標優化設計的實施提供瞭充足的背景知識。第２章講述瞭本書廣泛使用的磁路分析方法。在第１、２章內容的基礎上，第３章開始介紹設計問題，討論瞭電感的優化設計。第４章討論瞭電磁力和電磁轉矩的計算方法，並在第５章中將其用於電磁鐵設計。第６章介紹瞭鐵耗計算方法，在第７章將其用於變壓器設計。這種分析和設計交替進行的方式一直延續到第８章和第９章的鏇轉電機設計問題。本書最後兩章是對前麵內容的補充，第１０章討論瞭電磁裝置的熱分析方法，第１１章討論瞭趨膚效應和鄰近效應。
本書的內容超齣瞭一學期課程的容量，因此作者建議將１～６章作為基本內容，剩下的章節可由教師或讀者根據情況取捨，當然第８章是第９章的重要基礎。
本書的第８、９兩章是根據《ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍｓ，３ｒｄｅｄｉｔｉｏｎ》（作者是ＰａｕｌＫｒａｕｓｅ，ＯｌｅｇＷａｓｙｎｃｚｕｋ，ＳｃｏｔｔＤ�保櫻酰洌瑁錚媯婧停櫻簦澹觶澹校澹氌玻幔潁澹耄┑牡塚艙潞偷塚保嫡攣�基礎完成的，該書也由ＩＥＥＥ／Ｗｉｌｅｙ齣版。
本書中的ＭＡＴＬＡＢ源代碼由ＳｃｏｔｔＤ�保櫻酰洌瑁錚媯嫻摹叮停粒裕蹋粒攏茫錚洌澹螅媯錚潁校錚鰨澹潁停幔紓睿澹簦椋悖模澹觶椋悖澹螅海粒停酰歟簦椋�ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＤｅｓｉｇｎＡｐｐｒｏａｃｈ》（在綫） 給齣，可在ｈｔｔｐ： ／／ｂｏｏｋｓｕｐｐｏｒｔ�保鰨椋歟澹��保悖錚砩匣竦謾Ｕ廡┐�碼包括遺傳優化係統工程工具箱、等效磁路工具箱、等效熱路工具箱，以及本書中所有的設計算例。這將大大減小那些用本書進行教學或實際應用的讀者的工作量。本書還可提供部分帶注釋的幻燈片。
在本書中，標量用斜體錶示（例如ｘ），矢量和矩陣用粗的黑斜體錶示（例如ｘ）。所有函數都用斜體、非粗體錶示（例如ｘ（θ））。在迭代方法中，方括號與迭代次數有關。
本書作者要特彆感謝下麵各位。首先，感謝我的父母。他們給瞭我時間、支持、包容，讓我追求自己的理想。在高中，我幸運地遇到瞭許多優秀的老師。我特彆感激ＴｈｏｍａｓｉｔａＨａｙｅｓ修女。在大學階段，我也有幸得到瞭良師的指導，特彆是ＳｔａｎｉｓｌａｗＺａｋ在控製和優化方麵給以我的指導，ＦｒｅｄＭｏｗｌｅ教會我如何編程，而ＰａｕｌＫｒａｕｓｅ教我電機學。Ｐａｕｌ後來成為我在普渡大學的導師，在我和其他學生眼裏，他有時是淘氣的小哥哥，有時是嚴肅的祖父。我在密蘇裏大學羅拉分校（現在的密蘇裏科技大學） 開始我的事業。在這裏，我有幸結識許多良師益友，包括ＫｅｉｔｈＳｔａｎｅｋ，ＭａｘＡｎｄｅｒｓｏｎ，ＭａｒｉｅｓａＣｒｏｗ，以及ＪｉｍＤｒｅｗｎｉａｋ。
我還要感謝許多我現在和過去的學生、博士後以及研究人員，他們直接或間接地對本書做齣瞭貢獻，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，他們為本書的有限元分析和實驗數據的獲得做瞭大量工作。最後，我還要感謝ＪｕｌｉｅＳｕｄｈｏｆｆ，ＪａｍａｌＡｌｓａｗａｌｈｉ，ＲａｃｈｅｌＧｒｏｓｓｍａｎ，ＤａｖｉｄＬｏｄｅｒ，以及ＡｎｄｒｅｗＫａｓｈａ，他們閱讀瞭初稿並給齣寶貴意見。我還要特彆感謝ＤｉｏｎｙｓｉｏｓＡｌｉｐｒａｎｔｉｓ，他激發瞭我對遺傳算法的興趣。
許多美國政府機構給本書內容的研究工作給予瞭支持，包括陸軍、海軍、美國國傢航空航天局。美國海軍研究辦公室一直為我的研究工作提供長期穩定的支持，直接和間接地對本書做齣瞭貢獻，沒有這些支持，本書是不可能完成的。格蘭傑基金會的支持對我在普渡大學的研究工作也非常重要。
最後，我要感謝普渡大學的同事。任何部門中，最關鍵的是與你共事的人。
在這方麵，我在普渡大學的同事ＰａｕｌＫｒａｕｓｅ，ＯｌｅｇＷａｓｙｎｃｚｕｋ，ＳｔｅｖｅＰｅｋａｒｅｋ，Ｃｈｅｅ－ＭｕｎＯｎｇ，ＤｉｏｎｙｓｉｏｓＡｌｉｐｒａｎｔｉｓ，ＭａｒｙａｍＳａａｅｄｉｆａｒｄ，以及ＲａｇｕＢａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ組成瞭一個很好的團隊。我也有幸在其他機構結識瞭很好的朋友，特彆是Ｐａｕｌａ和Ｅｄ�保塚椋觶欏�
ＳｃｏｔｔＤ�保櫻酰洌瑁錚媯�
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