电机原理与设计的MATLAB分析

　　本书主要讨论同时运用经典方法以及matlab分析方法，对电机原理和电机设计进行分析。从正弦稳态电路和交流磁路，及其之间的能量转换开篇，以介绍机电能量转换原理为基础，深入阐述了正弦稳态电路、磁路与能量转换、变压器、直流电机、感应电动机及同步电机的原理与设计。内容全面而又结构紧凑，并且基础概念清晰。书中以电机原理的物理概念、分析思路和设计方法为重点，旨在为读者学习本书打下坚实的基础。此外，将matlab软件应用于解题和电机设计的过程中，既体现了分析方法的先进性，也为读者带来极大的方便。.
　　 本书为国外高校教材的译著，可用做国内各高校相关专业的“电机学”和“电机设计”这两门课程的教材，也可供有关专业技术人员参考。...

第1章 绪论.
1.1 本书的研究对象
1.2 电机的发明简史
1.3 电机的使用场合
1.4 电机分析的基本方法
第2章 正弦稳态电路
2.1 引言
2.2 相量与阻抗
2.3 单相电路分析
2.4 三相电路
2.5 功率流向
2.6 多频电路
2.7 计算机分析程序
小结
习题
第3章 磁路与能量转换
3.1 引言
3.2 基本定律与定则
3.3 铁磁材料
3.4 磁路

　　随着我国高等教育规模的不断扩大，高等教育正逐步向大众化教育转型。当前，教育对象的特点发生了较大的变化。而与此同时，高等教育中的教学内容和课程体系的改革则严重落后，不少高校教材“内容陈旧、体系老化”，已成为高校教学改革中一个非常突出的问题，这种现象亟待改变。.
　　“电机学”是“电气工程及其自动化”专业领域内一门重要的专业基础课，而“电机设计”则是“电机与电器”专业最重要的一门专业课。近年来，随着科学和技术不断发展，许多新技术与新材料不断涌现，对该门课程的教材建设提出了新的要求。然而，相关的教材虽然已有多种版本，但在编写体系上大多一直沿用旧时“电机制造”专业所采用的教材编写方法。因此，教材的建设已远不能满足当前教学的实际需求。多少年来，人们一直在寻求全新的“电机学”和“电机设计”的教材。
　　此外，由于教学改革的需要，专业课的课程门类与学时数都大幅度精简了。这样，不仅课程内容与学时之间的矛盾日益突出，而且也迫切需要一本能将“电机学”与“电机设计”这两门课程统一起来的新型教材。
　　可喜的是，近几年国外确实出版了几本这样的好书。由著名出版公司McGraw-Hill出版，美国肯塔基大学Jimmie J. Cathey教授编著的“Electric Machines: Analysis and Design Applying MATLAB”（《电机原理与设计的MATLAB分析》）就是其中之一。这本书给人以耳目一新的感觉，使我们扩大了视野、更新了观念。
　　Jimmie J. Cathey教授先后于1965年和1972年获得美国得克萨斯大学电机工程学学士和哲学博士学位，于1968年获得Bradley大学电机工程学硕士学位。
　　Jimmie J. Cathey博士是肯塔基大学电气工程学院资深教授。他在20多年的教育生涯中，主要从事电机原理、电机设计、电力电子及电力拖动等方面的教学工作。在该地区电气工程领域的学术界，他享有很高的声誉。此外，在电机及其控制，以及设计技术在高速公路驱动机车的应用领域，他也有着丰富的工业工程的实践经验。他曾在著名的履带式牵引机制造公司，以及马拉松·勒图尔勒公司任职多年。..
　　总体看来，本书从正弦稳态电路和交流磁路，及其之间的能量转换入手，以介绍机电能量转换原理为基础，深入阐述了变压器、直流电机、交流感应电动机及同步电机的原理与设计。本书以电机原理的物理概念、分析思路和设计方法为重点，目的是为读者在电机原理和设计方法等方面打下坚实的基础。本书还将MATLAB软件应用于解题与电机设计的过程中，体现了其分析手段的先进性，也给读者带来了极大的方便。
　　具体说来，本书具有以下特点：
　　1. 内容系统全面。本书以磁路和能量转换为起点，全面阐述了传统的变压器、直流电机、感应电动机和同步电机等四大电机的运行原理、控制策略和设计方法。内容系统全面，涵盖了原《电机学》和《电机设计》两本书的内容，并且卓有成效地实现了二者的有机结合。
　　2. 编排合理、结构紧凑、叙述简练。尽管本书内容全面，可以同时用做“电机学”和“电机设计”两门课程的教科书，但全书的篇幅并不很长。原因在于编排合理、结构紧凑、叙述简练。本书摈弃了传统《电机学》沿用旧时“电机制造”专业的教材编写办法，大幅度删减了描述电机内部结构和物理过程的许多具体细节。而这一点，正是目前国内教材通常存在的弊病。
　　3. 基本概念清楚、分析方法先进。本书无论在整体编排，还是具体内容的叙述方面，都突出了“电机学”中的物理概念，强调了“电机学”中的基本分析方法。为避免陷入复杂的数学计算之中，全书始终以MATLAB作为计算、设计和分析工具，简化了计算工作，突出了物理概念。
　　4. 理论联系实际，示图和照片清晰，习题、例题和程序丰富。“电机学”和“电机设计”是与工程实际联系相当紧密的课程。而在本书中提供了十分清晰、非常丰富的示图和照片，用于简明扼要地介绍各种电机的结构，以及示意工作原理。同时，书中还附有大量习题和例题，并提供了相应的MATLAB计算程序。此外，在例题中还做了示范，读者学习时将会十分方便。...
　　戴文进
　　2005年12月于南昌大学
　　

　　为时一个学期关于“电机与能量转换”这门导论性质的课程，对于满足典型的电气工程本科生的核心课程体系要求而言，是完全必要的。此门课程应该具有足够的深度，以满足在电气工程领域中继续进行专业学习的学生需求。此外，还应为他们学习有关电机与能量转换领域内的后续课程打下坚实基础，以便有较为广阔的知识面。.
　　本书完全能够满足一个学期内核心课程学习的需求，教师或读者可以根据不同课程体系的侧重和要求，在第3章至第7章中选择相关内容进行教学或学习。本书的显著特点，是集中介绍了当前广为流行的互动式计算机软件—MATLAB，以处理在电机分析中出现的烦琐计算。因此，现在可以运用更加准确的模型进行电机分析，而不是像以往那样，为了简化计算而采用近似的模型。用MATLAB分析软件时，在引导窗口会跳出一幅计算机的图形。
　　第1章的目的旨在引起读者的兴趣，并给他们以引导，从而了解能量转换装置的广泛应用。其次，也向学生介绍了能量转换装置的发展趋势以及技术进步的方向。本章既可以包含在一个学期的授课内容之中，也可以包含在教师所指定的阅读材料之内。
　　正弦稳态电路及其能量流向的分析在所有电气工程课程中处于核心地位。但是，由于课程内容压缩，往往使学生在正弦稳态电路的分析方面得不到恰当训练，从而使大多数学生不能掌握必要的分析技能。由此，在进行能量分析时无法做到游刃有余。因此，本书的第2章不仅对这些内容进行了通俗化的具体讲解，还提供了必要的复习和训练。此外，还引导学生运用MATLAB对正弦稳态电路进行分析。因而，为后续章节中要用到的计算机分析技巧，打下了坚实基础。
　　第3章首先介绍了安培环路定律、法拉第电磁感应定律以及楞次力方程，都是一些适于理解和分析能量转换装置的解释性定则。其后，致力于研究在变压器和电机中出现的磁路性能和特性，这也是分析能量转换过程中重要的一步。本章介绍的计算机分析方法，引导读者运用MATLAB程序生成铁磁材料的饱和曲线，以及在给定磁路的具体尺寸和相关B-H曲线下的磁链图。除此之外，本章还介绍了数值分析法，用于求解由于储能随着位置变化，而由可以改变位置的机械机构所产生的力。更多计算机分析方法的运用将在后续章节中加以介绍。
　　第4章到第7章的内容涉及变压器、直流电机和交流电机，一些在工业生产中经常遇到的能量转换装置。掌握这几章内容，可以帮助读者恰当地选择能量转换装置，以及在设备到位后预先了解其性能。除此之外，第7章还介绍了最近才成熟的无刷直流电动机，以及崭露头角的开关磁阻电动机。通过将成熟的计算机软件运用于每一种能量转换装置，读者便能很快计算和求出在很宽范围内的性能数据。此外，还能使读者很容易建立起电磁参数的概念。..
　　本书的一个显著特点，是在从第4章到第7章之中，进行性能分析以后，介绍了各种能量转换装置的设计原理。要将其运用于实际机电能量转换装置产品的设计，还需要在实践中经过必要的提炼。但就广度和深度来说，对于电气工程领域内学生的设计素质训练，已经足够了。每章后面所列出的参考文献，可以作为读者寻求更多设计经验的一些线索。
　　本书既可以作为具有必要设计内容的机电能量转换装置原理与分析课程的基础，也可以在讲授能量转换原理的绪论性课程之后，作为后续转换装置最终设计课程的基础。从第4章到第7章推导出的各种软件，经扩展和汇总可以支持后续章节中各个设计过程。第4章到第7章之中，根据各章中每个基本概念，为读者进行相关训练而提供了各种习题。在各章中还设计了一套完整的例题，用以检验读者对基本概念的掌握情况。
　　对能量转换装置的研究，很难提供一种通用的讲述次序。大多数教师都是首先讲述磁路分析，然后再讲解变压器。在撰写本书时，将铁磁材料中的损耗推迟到变压器的内容中讲述。如果不这样做，从第5章到第7章的内容会有过大的独立性。究竟如何选择，交由任课老师决定。这种安排有一个例外，如果要在感应电动机之前讲述同步电机，6.3.3节中的气隙旋转磁势波的内容必须提出来另行安排。
　　可以根据网址www.mhhe.com/engcs/electrical/cathey上网查找本书的其他补充材料。从该网站上可以下载的文件包括MATLAB的源代码、本书的勘误表和其他一些有用的资料。
　　在此，对给予本书初稿许多建设性建议的各位审稿人，表示衷心感谢。他们是西弗吉尼亚大学的Parviz Famouri教授、罗斯-胡尔曼技术学院的Clifford Grigg、加州州立大学的Mo Shiva、堪萨斯州立大学的Medhat Morcos、新奥尔良大学的Gill Richards、乔治亚工程技术学院的Miroslav Begovic、田纳西州大学的Leon Tolbert、巴林大学的Maamar Taleb, 以及韩国郡立大学的Steven Hietpas。他们提出的宝贵意见，使本书在提高水平方面受益匪浅。
　　特别感谢Ross Cutts，我的一位学生，学习我教授的电机课程。他花费了大量时间和我进行讨论，使本书从学生的视角来看表述得更为清晰。他做出的贡献十分可贵。...
　　Jimmie J. Cathey
　　肯塔基州列克星顿市