本书重点讨论了电机暂态运行与优化设计的相关内容。全书共9章，涵盖电机暂态模型的共性问题、各种类型电机的暂态分析与控制方法、有限元法及其在电机电磁分析中的应用、优化设计方法及其在电机设计中的应用。第1章介绍了几种用于处理电机暂态过程的常用模型。第2～4章分别以有刷换向器直流电机、同步电机、感应电机为例，讨论了不同类型电机的电磁暂态和机电暂态，在此基础上分析了电机的控制方法和参数测定/估计方法。第5章介绍了有限元法的基础理论。第6章分别以单相永磁直线电机、旋转永磁同步电机、三相感应电机为例，讨论了有限元法在电机电磁分析中的应用。第7章介绍了电机优化设计的基础理论。第8章和第9章分别以表贴式永磁同步电机和感应电机为例，详细讨论了电机设计的步骤，采用遗传算法和HookeJeeves算法两种方法进行了优化设计，并对设计结果进行了详细分析。

本书的特点是每一章内容都尽量贴近工程实际，将理论分析、实验和工程设计紧密结合在一起。本书可作为高等院校电工理论与新技术、电机系统及其控制、智能电器与电工装备等学科方向相关高阶课程的教学用书,也可供有关工程技术人员、研究生和教师参考。

译者序

原书前言

第1章电机的高级模型1

1.1引言1

1.2正交（dq）物理模型2

1.3dq模型中的交变电动势和运动电动势3

1.4永磁有刷直流电机（ωb= 0）4

1.5同步电机的基本dq模型（ωb=ωr）5

1.6感应电机的基本dq模型（ωb= 0,ωr,ω1）7

1.7dq模型中的磁饱和8

1.8dq模型中的趋肤（频率）效应10

1.9dq模型和交流电机之间的等价关系11

1.10空间矢量（复变量）模型13

1.11电机的高频模型15

1.12本章小结16

1.13思考题18

参考文献20

第2章有刷换向器直流电机的暂态21

2.1引言21

2.2他励有刷直流电机正交（dq）模型21

2.3电磁（快速）暂态23

2.4机电暂态25

2.4.1恒励磁（永磁）磁通Ψdm25

2.4.2变磁通暂态过程28

2.4.3串励有刷直流电机暂态29

2.5永磁有刷直流电机的基本闭环控制31

2.6基于DCDC变换器的永磁有刷直流电机31

2.7参数测定/实验2.133

2.8本章小结34

2.9思考题35

参考文献36

第3章同步电机的暂态37

3.1引言37

3.2同步电机的一相电感37

3.3相量模型39

3.4dq0模型——三相同步参数方程40

3.5同步电机dq0模型的结构框图42

3.6同步电机的标幺化dq0模型45

3.7dq0模型的平衡稳态47

3.8电磁暂态的拉普拉斯参数50

3.9恒速电磁暂态52

3.10发电机空载时三相突然短路/实验3.153

3.11给定速度下同步电机的异步运行56

3.12机电暂态的降阶dq0模型59

3.12.1忽略定子暂态59

3.12.2忽略定转子笼暂态59

3.12.3用于同步电机电压控制的简化（三阶）dq模型60

3.13小偏差机电暂态（标幺值）62

3.14大偏差机电暂态65

3.14.1直流励磁的异步起动自同步电机/实验3.265

3.14.2并网永磁同步电机的异步自起动66

3.14.3相间故障和单相接地故障67

3.15受控磁通和正弦电流同步电机的暂态68

3.15.1无鼠笼同步电机恒定d轴磁通的暂态68

3.15.2恒定ψd0（id0为常数）时永磁同步电机的矢量控制71

3.15.3 cosφ1=1时无鼠笼同步电机的定子恒磁通暂态72

3.15.4恒磁通ψs和cosφs=1时的同步电机矢量控制74

3.16受控磁通和方波电流的同步电机暂态75

3.16.1无刷直流电机的暂态模型76

3.16.2方波电流控制的直流励磁笼型转子同步电机模型78

3.17开关磁阻电机的暂态建模79

3.18裂相笼型转子同步电机84

3.19同步电机参数的堵转试验/实验3.386

3.19.1堵转时电流衰减实验的饱和稳态参数Ldm和Lqm86

3.19.2次暂态电感的单频实验，L″d和L″q89

3.19.3堵转频率响应实验89

3.20直线同步电机暂态91

3.21本章小结94

3.22思考题96

参考文献99

第4章感应电机的暂态101

4.1三相变量模型101

4.2感应电机的dq（空间相量）模型103

4.3三相感应电机与dq模型的关系104

4.4dq模型中的磁饱和与趋肤效应105

4.5稳态空间相量模型：感应电机的笼型和绕线转子106

4.6电磁暂态111

4.7三相突然短路/实验4.1112

4.7.1零速时的暂态电流115

4.8小偏差机电暂态过程116

4.9大偏差机电暂态过程/实验4.2117

4.10多机瞬变过程的降阶dq模型119

4.10.1其他严重暂态过程120

4.11带有笼型故障的感应电机的m/Nr实际绕组建模121

4.12受控磁通与可变频率下的暂态过程124

4.12.1感应电机空间相量模型的复特征值124

4.13笼型转子恒定定子磁通暂态及矢量控制基础125

4.13.1笼型转子恒定定子磁通暂态及矢量控制基础130

4.13.2双馈式感应电机转子恒磁通瞬变及矢量控制原理132

4.14双馈式感应电机作为同步电机的无刷励磁电机133

4.15堵转试验参数估计/实验4.3137

4.15.1用于磁化曲线识别的静止磁通衰减：Ψm(Im)137

4.15.2堵转磁通衰减实验中电阻和漏电感的识别139

4.15.3堵转频率响应实验139

4.16裂相电容式异步电机暂态过程/实验4.4141

4.16.1相变量模型142

4.16.2dq模型143

4.17直线感应电机暂态143

4.18本章小结146

4.19思考题150

参考文献153

第5章电磁有限元法概要155

5.1矢量场155

5.1.1坐标系155

5.1.2矢量运算156

5.1.3矢量场的曲线积分与曲面积分（通量）157

5.1.4微分运算158

5.1.5积分恒等式159

5.1.6微分恒等式160

5.2电磁场161

5.2.1静电场161

5.2.2电流密度场162

5.2.3磁场163

5.2.4电磁场：麦克斯韦方程组163

5.3场的可视化164

5.4边界条件166

5.4.1狄利克雷边界条件166

5.4.2诺伊曼边界条件166

5.4.3混合罗宾边界条件167

5.4.4周期性边界条件167

5.4.5开放边界167

5.5有限元法170

5.5.1残差(伽辽金)法171

5.5.2变分（瑞利里茨）法172

5.5.3有限元法的应用步骤172

5.6二维有限元法173

5.7有限元分析175

5.7.1电磁力177

5.7.2损耗计算178

参考文献179

第6章电机电磁分析中的有限元法181

6.1单相永磁直线电机181

6.1.1前处理阶段182

6.1.2后处理阶段186

6.1.3小结192

6.2旋转永磁同步电机（6槽4极）193

6.2.1永磁无刷直流电机的前处理194

6.2.2永磁无刷直流电机的后处理199

6.2.3小结213

6.3三相感应电机213

6.3.1感应电机的理想空载216

6.3.2转子导条趋肤效应221

6.3.3小结227

参考文献227

第7章电机优化设计：基础篇229

7.1电机设计问题229

7.2优化方法232

7.3最优电流控制235

7.4改进的HookeJeeves优化算法239

7.5基于遗传算法的电机设计243

参考文献247

第8章表贴式永磁同步电机的优化设计248

8.1设计主体248

8.2电负荷和磁负荷248

8.3选择几个尺寸因子249

8.4一些工艺限制250

8.5磁性材料的选择251

8.6尺寸设计方法253

8.6.1转子大小256

8.6.2永磁体磁通计算257

8.6.3有源材料的质量262

8.6.4损耗263

8.6.5热校核263

8.6.6电机特性264

8.7基于遗传算法的优化设计264

8.7.1目标（适应度）函数265

8.7.2基于遗传算法的永磁同步电机优化设计：案例研究266

8.8基于HookeJeeves算法的永磁同步电机优化设计277

8.9本章小结283

参考文献283

第9章感应电机的优化设计284

9.1用于感应电机设计的实用解析模型284

9.1.1设计主体284

9.1.2设计变量284

9.1.3感应电机尺寸286

9.1.4感应电机参数291

9.2基于遗传算法的感应电机优化设计295

9.3基于HookeJeeves算法的感应电机优化设计304

9.4电机性能309

9.5本章小结314

参考文献315