Computational Analysis of a Double-sided Linear Induction Motor for a Hyperloop Transportation System

Abstract

Denne oppgaven hadde som mål å utforske en fremdriftsmåte for et Hyperloop Transportation System (HTS) i sin kritiske oppstartsfase. En stor utfordring ved det revolusjonerende transporteringssystemet er kostnaden og vekten til drivverket. Den Lineære induksjonsmotoren (LIM) antas å være et godt alternativ på grunn av dens lave kapitalkostnad, men effektiviteten er tvilsom. Gjennombrudd i Finite Element Analysis (FEA) gjør det mulig å gjennomføre detaljerte simuleringer av datagenererte modeller av drivverket. En 2D modell av LIM ble laget for oppgaven for å studere ytelsen ved lave frekvenser som tilsvarer motorens akselerasjonsperiode. I tillegg ble analytiske simuleringer i Simulink gjort basert på teori overført fra konvensjonelle induksjonsmotorer, og tidsavhengige resultater ble gjort for å ytterligere forstå betydningen av stasjonære resultater og den virkelige oppførselen til LIM. Resultatene viste at de analytiske resultatene generelt hadde den høyeste skyvekraften og virkingsgraden, siden LIM var forenklet i disse simuleringene. De tidsavhengige resultatene viste en likhet med de stasjonære resultatene, men med en betydelig ripple ved de laveste driftshastighetene, som vokste etter hvert som hastigheten økte. Det er sannsynlig at disse var forårsaket av tidsresponsene fra startbetingelser satt til 0. Ytterligere arbeid må gjøres ved å redusere ripple gjennom et bedre design og analyse over lengre beregningstider.

This thesis aimed to explore a mode of propulsion for a Hyperloop Transportation System (HTS) in its critical start-up phase. A big challenge facing the revolutionary transportation system is the cost and weight of the powertrain. The Linear Induction Motor (LIM) is thought to be a good option due to its low implementation cost, though the efficiency is questionable. Breakthroughs in Finite Element Analysis (FEA) allow for detailed simulations of computer-generated models of the powertrain. A two-dimensional (2D) model of the LIM was built for the thesis in order to study the performance at low frequencies corresponding to the motor's acceleration period. Moreover, analytical simulations in Simulink were done based on the theory transferred from conventional induction motors, and transient results were made to further understand the meaning of the stationary results, as well as comprehend the real behavior of the LIM. The results showed that the analytical results generally had the highest thrust force and efficiency, as the LIM in these simulations was simplified. The transient results showed a resemblance to the stationary results, with a significant ripple at the lowest operating speeds, which grew as the speed was increased. It is likely that these were caused by step responses from zero initial conditions. Further work needs to be done by reducing the ripple through a better design and analysis over longer computation times.