电磁装置的多目标优化设计

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[美] 斯科特D.苏德霍夫 著,王秀和 译

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发表于2024-11-25

图书介绍


出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111582519
版次:1
商品编码:12290804
品牌:机工出版
包装:平装
丛书名: 国际电气工程先进技术译丛
开本:16开
出版时间:2017-12-01
用纸:胶版纸
页数:375


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图书描述

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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