電磁裝置的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)
定 價(jià):150 元
叢書名:國際電氣工程先進(jìn)技術(shù)譯叢
- 作者:[美] 斯科特D.蘇德霍夫
- 出版時(shí)間:2017/12/22
- ISBN:9787111582519
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:O441.3
- 頁碼:375
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
本書作者ScottD.Sudhoff是從事電磁裝置計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)的知名專家。本書給出了常見電磁裝置(包括電感、電磁鐵和永磁電機(jī)、變壓器等)的詳細(xì)參數(shù)計(jì)算方法以及優(yōu)化算法的具體實(shí)現(xiàn),給出了構(gòu)建優(yōu)化模型的詳細(xì)流程,并將熱分析整合到電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)中。本書介紹的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,方法新穎,內(nèi)容具體,可讀性強(qiáng),為讀者提供了一種能快速進(jìn)行電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)用方法,對于從事電磁裝置研究、設(shè)計(jì)的科研人員、工程技術(shù)人員和研究生,具有很高的參考價(jià)值。
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(shù)人員提供參考。本書的寫作目標(biāo)有三:一是為電磁裝置的半自動化設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;二是討論這些電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yīng)等;三是介紹電磁裝置,如電感、電磁鐵、變壓器和電機(jī)等方面的基礎(chǔ)知識。作者并非要寫一本包括所有電磁裝置設(shè)計(jì)方法的參考書,而是希望讀者讀后能將本書的方法用于他們感興趣的電磁裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
從教育學(xué)的角度講,本書編排方式能使讀者盡快熟悉設(shè)計(jì)過程。先全面介紹各電磁裝置的相關(guān)知識、再討論其設(shè)計(jì)問題也許是一種更高效的方法,但對那些急于進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的讀者來說并不總是令人滿意的。因此,本書將原理知識與設(shè)計(jì)問題交替地進(jìn)行討論。
第1章介紹了基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化方法,雖沒有對優(yōu)化問題進(jìn)行全面討論,但的確為多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施提供了充足的背景知識。第2章講述了本書廣泛使用的磁路分析方法。在第1、2章內(nèi)容的基礎(chǔ)上,第3章開始介紹設(shè)計(jì)問題,討論了電感的優(yōu)化設(shè)計(jì)。第4章討論了電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法,并在第5章中將其用于電磁鐵設(shè)計(jì)。第6章介紹了鐵耗計(jì)算方法,在第7章將其用于變壓器設(shè)計(jì)。這種分析和設(shè)計(jì)交替進(jìn)行的方式一直延續(xù)到第8章和第9章的旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)問題。本書最后兩章是對前面內(nèi)容的補(bǔ)充,第10章討論了電磁裝置的熱分析方法,第11章討論了趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。
本書的內(nèi)容超出了一學(xué)期課程的容量,因此作者建議將1~6章作為基本內(nèi)容,剩下的章節(jié)可由教師或讀者根據(jù)情況取舍,當(dāng)然第8章是第9章的重要基礎(chǔ)。
本書的第8、9兩章是根據(jù)《AnalysisofElectricMachineryandDriveSystems,3rdedition》(作者是PaulKrause,OlegWasynczuk,ScottDSudhoff和StevePekarek)的第2章和第15章為基礎(chǔ)完成的,該書也由IEEE/Wiley出版。
本書中的MATLAB源代碼由ScottDSudhoff的《MATLABCodesforPowerMagneticDevices:AMulti-ObjectiveDesignApproach》(在線) 給出,可在http: //booksupportwileycom上獲得。這些代碼包括遺傳優(yōu)化系統(tǒng)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(shè)計(jì)算例。這將大大減小那些用本書進(jìn)行教學(xué)或?qū)嶋H應(yīng)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(biāo)量用斜體表示(例如x),矢量和矩陣用粗的黑斜體表示(例如x)。所有函數(shù)都用斜體、非粗體表示(例如x(θ))。在迭代方法中,方括號與迭代次數(shù)有關(guān)。
本書作者要特別感謝下面各位。首先,感謝我的父母。他們給了我時(shí)間、支持、包容,讓我追求自己的理想。在高中,我幸運(yùn)地遇到了許多優(yōu)秀的老師。我特別感激ThomasitaHayes修女。在大學(xué)階段,我也有幸得到了良師的指導(dǎo),特別是StanislawZak在控制和優(yōu)化方面給以我的指導(dǎo),FredMowle教會我如何編程,而PaulKrause教我電機(jī)學(xué)。Paul后來成為我在普渡大學(xué)的導(dǎo)師,在我和其他學(xué)生眼里,他有時(shí)是淘氣的小哥哥,有時(shí)是嚴(yán)肅的祖父。我在密蘇里大學(xué)羅拉分校(現(xiàn)在的密蘇里科技大學(xué)) 開始我的事業(yè)。在這里,我有幸結(jié)識許多良師益友,包括KeithStanek,MaxAnderson,MariesaCrow,以及JimDrewniak。
我還要感謝許多我現(xiàn)在和過去的學(xué)生、博士后以及研究人員,他們直接或間接地對本書做出了貢獻(xiàn),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?yōu)楸緯挠邢拊治龊蛯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得做了大量工作。最后,我還要感謝JulieSudhoff,JamalAlsawalhi,RachelGrossman,DavidLoder,以及AndrewKasha,他們閱讀了初稿并給出寶貴意見。我還要特別感謝DionysiosAliprantis,他激發(fā)了我對遺傳算法的興趣。
許多美國政府機(jī)構(gòu)給本書內(nèi)容的研究工作給予了支持,包括陸軍、海軍、美國國家航空航天局。美國海軍研究辦公室一直為我的研究工作提供長期穩(wěn)定的支持,直接和間接地對本書做出了貢獻(xiàn),沒有這些支持,本書是不可能完成的。格蘭杰基金會的支持對我在普渡大學(xué)的研究工作也非常重要。
最后,我要感謝普渡大學(xué)的同事。任何部門中,最關(guān)鍵的是與你共事的人。
在這方面,我在普渡大學(xué)的同事PaulKrause,OlegWasynczuk,StevePekarek,Chee-MunOng,DionysiosAliprantis,MaryamSaaedifard,以及RaguBalakrishnan組成了一個(gè)很好的團(tuán)隊(duì)。我也有幸在其他機(jī)構(gòu)結(jié)識了很好的朋友,特別是Paula和EdZivi。
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譯者序
原書前言
第1章 優(yōu)化設(shè)計(jì)1
。.1 設(shè)計(jì)方法1
。.2 目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)性質(zhì)2
。.3 牛頓法求解單目標(biāo)優(yōu)化5
。.4 遺傳算法:生物遺傳學(xué)的回顧7
。.5 標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法9
。.6 實(shí)數(shù)編碼遺傳算法14
1.7 多目標(biāo)優(yōu)化和最優(yōu)前沿解24
。.8 利用遺傳算法求解多目標(biāo)優(yōu)化26
1.9 設(shè)計(jì)問題中適應(yīng)度函數(shù)的建立29
。.10 設(shè)計(jì)實(shí)例32
參考文獻(xiàn)38
習(xí)題38
第2章 磁和等效磁路39
。.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 磁通、高斯定律和磁路的基爾霍夫磁通定律42
2.3 導(dǎo)磁材料和磁路歐姆定律44
。.4 等效磁路的建立51
2.5 磁路轉(zhuǎn)換為電路:磁鏈和電感54
。.6 磁路中的邊緣磁通59
。.7 等效磁路中的漏磁通63
。.8 非線性磁路的數(shù)值解73
。.9 永磁材料及其磁路表示86
。.10 有限元分析89
參考文獻(xiàn)90
習(xí)題91
第3章 電感設(shè)計(jì)93
。.1 常用的電抗器結(jié)構(gòu)。梗
。.2 直流線圈電阻94
。.3 直流電感設(shè)計(jì)97
。.4 實(shí)例研究102
。.5 結(jié)束語108
參考文獻(xiàn)108
習(xí)題109
第4章 電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩110
4.1 機(jī)電裝置中的能量存儲110
。.2 磁能計(jì)算111
4.3 根據(jù)磁能計(jì)算電磁力114
。.4 磁共能115
。.5 根據(jù)磁共能計(jì)算電磁力118
。.6 保守場的條件119
4.7 磁線性系統(tǒng)120
。.8 電磁轉(zhuǎn)矩121
。.9 利用等效磁路計(jì)算電磁力121
參考文獻(xiàn)124
習(xí)題124
第5章 電磁鐵設(shè)計(jì)126
。.1 常用電磁鐵結(jié)構(gòu)126
5.2。牛尚丸F心電磁鐵的電路、磁路和電磁力分析127
。.3 EI型鐵心電磁鐵設(shè)計(jì)135
。.4 舉例分析140
參考文獻(xiàn)145
習(xí)題146
第6章 鐵心損耗147
6.1 渦流損耗147
。.2 磁滯損耗和B-H回線153
。.3 鐵心損耗的經(jīng)驗(yàn)?zāi)P停保担?
。.4 鐵心損耗的時(shí)域模型162
參考文獻(xiàn)167
習(xí)題168
第7章 變壓器設(shè)計(jì)169
7.1 常用變壓器結(jié)構(gòu)169
目 錄Ⅶ
。.2 T型等效電路模型170
。.3 穩(wěn)態(tài)分析173
7.4 變壓器的運(yùn)行分析175
。.5 心式變壓器結(jié)構(gòu)182
7.6 心式變壓器的MEC模型189
。.7 鐵心損耗194
。.8 心式變壓器的設(shè)計(jì)195
7.9 設(shè)計(jì)實(shí)例研究201
。.10 結(jié)束語208
參考文獻(xiàn)209
習(xí)題209
第8章 分布式繞組和旋轉(zhuǎn)電機(jī)210
。.1 分布式繞組的描述210
。.2 繞組函數(shù)218
8.3 氣隙磁動勢221
。.4 旋轉(zhuǎn)磁動勢224
8.5 磁鏈和電感225
。.6 槽的影響和卡特系數(shù)227
8.7 漏電感229
。.8 電阻233
。.9 參考坐標(biāo)系理論介紹234
。.10 轉(zhuǎn)矩的表示238
參考文獻(xiàn)243
習(xí)題243
第9章 永磁交流電機(jī)設(shè)計(jì)246
。.1 永磁同步電機(jī)246
。.2。校停粒秒姍C(jī)的運(yùn)行特性247
。.3 電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸255
9.4 定子繞組259
。.5 材料參數(shù)262
。.6 定子電流和控制規(guī)則263
。.7 徑向磁場分析263
。.8 集總參數(shù)267
。.9 鐵心內(nèi)磁場的分析269
。.10 設(shè)計(jì)問題的公式化表達(dá)273
。.11 實(shí)例分析278
Ⅷ 電磁裝置的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)
。.12 擴(kuò)展285
參考文獻(xiàn)286
習(xí)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
。保.3 長方體區(qū)域的等效熱路296
10.4 圓柱形區(qū)域的等效熱路299
。保.5 不均質(zhì)區(qū)域305
10.6 材料邊界311
。保.7 等效熱路313
10.8 實(shí)例研究:電磁鐵的熱模型317
參考文獻(xiàn)332
習(xí)題332
第11章 導(dǎo)體的交流損耗334
。保.1 帶狀繞組的趨膚效應(yīng)334
11.2 圓柱形導(dǎo)體中的趨膚效應(yīng)340
。保.3 單個(gè)導(dǎo)體的鄰近效應(yīng)343
11.4 趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的獨(dú)立性345
。保.5 一組導(dǎo)體內(nèi)的鄰近效應(yīng)347
11.6 均方場與漏磁導(dǎo)。常担
。保.7 選定形狀的均方磁場351
。保.8 旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的導(dǎo)體損耗355
。保.9 UI型鐵心電感的導(dǎo)體損耗359
。保.10 結(jié)束語363
參考文獻(xiàn)364
習(xí)題364
附錄365
附錄A 導(dǎo)體數(shù)據(jù)和線規(guī)標(biāo)準(zhǔn)365
附錄B 鐵氧體鐵心的數(shù)據(jù)366
附錄C 鐵磁材料的數(shù)據(jù)368
附錄D 永磁材料的數(shù)據(jù)369
附錄E 相量分析370
附錄F 三角恒等式375