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

“电机学”是电气工程专业的核心课程之一。电机发明至今已有200多年的历史，已成为工业的“肌肉”，在现代文明的发展中起着关键、重要的作用。随着新材料、新技术、新思想的出现，电机学科仍在发展之中。

本书是Electrical Machines：Steady State,Transients, and Design with MATLAB的第二部分，详细介绍了各种类型电机的暂态模型、暂态分析和控制方法、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等内容，涵盖了电机暂态的分析模型和控制方法、电机优化设计的基础理论和设计方法。

本书作者Ion Boldea和Lucian Tutelea是罗马尼亚蒂米什瓦拉理工大学教授。Ion Boldea教授长期活跃在学术界和工业界，因在电机领域的杰出贡献当选为IEEE Fellow、罗马尼亚工程院和欧洲科学院院士，荣获IEEE尼古拉·特斯拉奖章，在电机领域享有崇高的学术声望。

本书由浙江水利水电学院电气工程学院武洁博士翻译。机械工业出版社的编辑江婧婧在精神上给予了持之以恒的鞭策和鼓励，在此深表感谢！

外文专业书籍的翻译是一个艰难的再创作过程。在翻译过程中，译者努力追求的目标是忠于原文本意，兼顾国内读者的阅读习惯。由于译者水平及经验有限，本书难免存在不当与疏漏之处，敬请广大读者批评指正。



译者


2025年4月于杭州钱塘