## KARAKTERISTIK MEDAN MAGNET PADA KUMPARAN BERINTI BESI SEBAGAI BAHAN PEMBUATAN PROTOTIPE KERETA MAGLEV
Jamaludin 1 ,Email: jamaludin@ppi.ac.id Andri Pradipta 2 ,Email: andri@ppi.ac.id 1 Program Studi Teknik Elektro Perkeretaapian, 2 Program Studi Menejemen Teknik Perkeretaapian Politeknik Perkeretaapian Indonesia Madiun

## ABSTRAK
Prinsip kerja kereta maglev adalah adanya interaksi antar kutub – kutub magnet yang terdapat pada kereta dengan kutub – kutub magnet yang berada di sepanjang jalur kereta. Kutub – kutub magnet tersebut terbuat dari  kumparan  dengan  kawat  superkonduktor  yang  dialiri  arus  listrik.  Secara  teori  besar  medan  magnet tergantung pada besar arus yang mengalir, inti kumparan dan jumlah belitan. Pada penelitian ini telah dibuat sebuah kumparan dengan inti besi berukuran panjang 5 cm dan diameter 8mm dengan jumlah belitan sebanyak 400 putaran. Pengujian karakteristik dilakukan dengan mengalirkan arus listrik searah pada kumparan dengan memvariasikan besaran arusnya. Pengukuran medan magnet dilakukan pada jarak tertentu antara 0 s.d 5 cm dengan rentang 0,5 cm dari ujung kumparan. Dihasilkan medan magnet paling besar berada pada jarak terdekat dengan kumparan dan paling kecil berada pada jarak terjauh dari kumparan yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Jarak terjauh yang masih terpengaruh oleh medan magnet adalah antara 25 s.d 40 cm.
Kata Kunci: Kumparan, karakteristik, medan magnet, arus, jarak.

## ABSTRACT
The working principle of the Maglev train is the interaction between the magnetic poles contained in the train with  the  magnetic  poles  that  are  along  the  train  track.  The  magnetic  poles  are  made  of  coils  with superconducting wires that are electrified. In theory the magnitude of the magnetic field depends on the amount of current flowing, the core of the coil and the number of turns. In this research, a coil with an iron core of 5 cm in length and 8mm in diameter has 400 turns. Characteristic testing is done by directing the electric current in the coil by varying the amount of current. Measurement of the magnetic field is carried out at a certain distance between 0 to 5 cm with a range of 0.5 cm from the end of the coil. The largest magnetic field is produced at the closest distance to the coil and the smallest is at the farthest distance from the coil that is not affected by the magnetic field. The farthest distance that is still affected by the magnetic field is between 25 to 40 cm.
Keywords: coil, characteristics, magnetic field, current, distance.

## 1 PENDAHULUAN
Teknologi  kereta  tercepat  saat  ini  menggunakan teknologi  Maglev  (Magnetic  Levitation)  [2]–[7]. Relevansi penelitian ini dengan kebutuhan industri kereta api adalah untuk menunjang produsen kereta api  nasional  agar  mampu  membangun  dan menguasai teknologi kereta cepat dengan teknologi Maglev.  Selain  itu  juga  sesuai  dengan  kegiatan pembelajaran mahasiswa dibidang teknologi kereta cepat.  Dengan  demikian  akan  dapat    memperkuat keilmuan  mahasiswa/taruna,  dosen,  peneliti, praktisi dan sistem inovasi nasional.
Untuk mewujudkan hal ini, perlu dilakukan upaya terobosan  untuk  memulai penelitian  dan  membuat prototype kereta maglev sebagai dasar pengetahuan dan  pengembangan  teknologi  perkeretaapian  di
masa  yang  akan  datang.  Hasil  dari  penelitian  ini diharapkan  dapat  digunakan  untuk  menunjang kegiatan  pembelajaran  di  kampus  Politeknik Perkeretaapian  Indonesia  dan  tahapan  awal  untuk menjadi produsen kereta cepat.
Penelitian  dibidang  kereta  maglev  sudah  banyak dilakukan  [3], [6], [8]–[11]. Pada literatur buku [5] telah  dibahas  secara  lengkap  dan  detail  tentang bahan, rancangan, konfigurasi, pengujian dan hasil pembuatan  kereta  maglev  yang  diterbitkan  pada tahun 2007. Produk hasil pembuatan kereta maglev telah berhasil dibuat dan diuji. Hasilnya sudah dapat dirasakan oleh masyarakat jerman, china dan jepang pada tahun. Selain itu juga telah dibahas dan diteliti hasil penelitian kereta maglev yang dituangkan ke dalam jurnal internasional [3], [6], [8]–[11]. Mulai
tahun  1965  penelitian  tentang  magnetic  levitation pertama  kali  dipublikasi  [4].  Pada  periode  tahun 1960-an inilah penelitian kereta maglev mengalami perkembangan. Tahun 1970-1980 teknologi kereta maglev sudah matang dan mulai diproduksi. Setelah kereta  maglev  diproduksi,  pada  tahun  1990-an kereta  maglev  berada  pada  tahap  pengujian.  Pada tahun  2003,  kereta  maglev  mulai  beroperasi  di Shanghai China.
Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui karakteristik  medan  magnet  yang  dihasilkan kumparan  yang  dialiri  arus  listrik  searah.  Oleh karena itu dibuat sebuah kumparan dengan inti besi pejal  dengan  lilitan  kawat  tembaga  yang  diuji dengan  mengalirkan  arus  listrik  searah.  Setelah mengetahui karakteristik kumparan berarus listrik, diharapkan  dapat  digunakan  sebagai  referensi penyusunan model/prototipe kereta maglev.

## 2 KONSEP DAN PRINSIP KERJA
Pada  dasarnya  magnet  dapat  dibuat  dari  bahan konduktor  yang  dialiri  arus  listrik.  Ketika  sebuah kumparan  atau  kawat  yang  dibelitkan  pada  suatu inti (bahan konduktor) berarus listrik maka timbul garis – garis gaya magnet di sekitar kumparan. Garis – garis gaya magnet yang ditimbulkan disebut gaya lorentz. Konsep dari kondisi tersebut digambarkan menggunakan  kaidah  tangan  kanan  yang ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. hubungan antara arah arus dan belitan dengan kutub magnet.
Gaya Lorents yang ditimbulkan dapat dirumuskan sebagai berikut :
F = B . I . L (1)
B = µ . . . (2)
Keterangan : F = Gaya lorentz (N)
B = Kuat medan (T) I = Kuat arus (A) L = Panjang kawat (m) a = Jarak titik ke kawat (m) µ 0 = 4π x 10 -7 (Wb/A.m)
Gambar 2. Konsep gaya Lorentz; (a) hubungan arah arus dengan arah medan magnet, (b) garis – garis medan magnet disekitar kumparan.
Gambar 3. Interaksi antar kutub – kutub magnet Interaksi  antara  kutub  –  kutub  magnet  akan menyebabkan gaya tarik menarik untuk kutub yang berlawanan (U – S) dan gaya tolak menolak untuk kutub yang sama (U – U / S – S). Konsep inilah yang menjadi dasar penelitian terkait prinsip kerja kereta maglev.  Konsep  gaya  tarik  dan  dorong  tersebut ditunjukkan pada gambar 2.

## 3 METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  untuk  mengetahui  karakteristik medan magnet kumparan berarus listrik dijabarkan sebagai berikut :
Mulai
Cek Apakah sudah sesuai teori ? Pengambilan Data Pengolahan Data Selesai Ya Tidak Pembuatan Kumparan dan Bahan Uji Pengujian Kumparan dengan Arus Bervariasi Studi Literatur Tentang Bentuk,
Ukuran dan Bahan Kumparan

## Gambar 4. Metode penelitian
Pada  Penelitian  ini  langkah  pertama  yang  harus dilakukan yaitu studi literatur terkait bahan, bentuk dan  ukuran  kumparan.  Langkah  kedua  yaitu pembuatan kumparan dan bahan uji. Langkah ketiga yaitu  pengujian  kumparan  dengan  arus  bervariasi. Langkah  keempat  yaitu  dilihat  apakah  hasilnya sudah sesuai dengan teori, jika belum maka kembali ke  langkah  kedua,  namun  jika  sudah  bisa dilanjutkan ke langkah berikutnya. Langkah kelima yaitu  pengambilan  data.  Kemudian  langkah  yang terakhir langkah keenam yaitu pengolahan data dan membuat kesimpulan dari hasil penelitian.
Spesifikasi  kumparan  dan  parameter  pengujian yang dibuat adalah sebagai berikut :

## Tabel 1. Spesifikasi kumparan dan parameter pengujian
Spesifikasi Keterangan Bahan inti Besi  pejal,  diameter  8  mm; panjang 5 cm Bahan kumparan Kawat  tembaga  berlaminasi, diameter 0,8 mm, Jumlah belitan 400 putaran Kapasitas kumparan 4,1 Ampere Parameter Tegangan 12 Volt Variasi arus 0,35  A;  0,73  A;  1,01  A;  1,57 A; 1,84 A; 2,32 A; 2,78 A

## 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  dilakukan  pembuatan  kumparan  sesuai dengan spesifikasi pada tabel 1, kumparan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan DC (baterai) dengan  tegangan  12  volt  dan  dihubungkan  secara seri  dengan  amperemeter,  saklar  dan  resistor pembatas arus. Setelah semua peralatan pengujian terhubung dan siap untuk digunakan, saklar ditekan ke posisi ON dan arus mengalir ke kumparan yang ditunjukkan  dengan  penunjukan  amperemeter. Ketika  suatu  benda  berbahan  dasar  konduktor didekatkan dengan kumparan tersebut, maka benda tersebut tertarik oleh gaya tarik medan magnet yang ditimbulkan  oleh  kumparan.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  kumparan  telah  menghasilkan  medan magnetis.  Setelah  itu  kumparan  diuji  dengan gaussmeter  besar  medan  magnetnya  pada  jarak tertentu dengan merubah besaran arus listrik yang mengalir.
Tabel 2. Pengukuran medan magnet pada arus dan jarak tertentu
jarak 0 cm 0,5 cm 1 cm 1,5 cm Arus (A) medan magnet (gauss) medan magnet (gauss) medan magnet (gauss) medan magnet (gauss) 0 0,805 0,739 0,803 0,745 0,35 8,06 6,852 5,025 4,322 0,73 9,402 8,207 6,658 5,642 1,01 12,516 10,46 7,72 6,53 1,57 16,013 14,35 12,09 10,105 1,84 18,64 14,8 12,309 10,85 2,32 25,4 20,38 16,56 13,28 2,78 36,2 31,26 26,908 21,861

## Tabel 3. Data pengukuran medan magnet kumparan dengan variasi arus dan jarak pengukuran
Gambar 5. Grafik perubahan medan magnet yang dihasilkan kumparan terhadap jarak pengukuran
Arus Listrik Searah (Ampere) 0,35 0,73 1,01 1,57 1,84 2,32 2,78 jarak (cm) medan magnet (gauss) jarak (cm) medan magnet (gauss) jarak (cm) medan magnet (gauss) jarak (cm) medan magnet (gauss) jarak (cm) medan magnet (gauss) jarak (cm) medan magnet (gauss) jarak (cm) medan magnet (gauss) 0 8,06 0 9,402 0 12,516 0 16,013 0 18,64 0 25,4 0 36,2 0,5 6,852 0,5 8,207 0,5 10,46 0,5 14,35 0,5 14,8 0,5 20,38 0,5 31,26 1 5,025 1 6,658 1 7,72 1 12,09 1 12,309 1 16,56 1 26,908 1,5 4,322 1,5 5,642 1,5 6,53 1,5 10,105 1,5 10,85 1,5 13,28 1,5 21,861 2 3,562 2 4,635 2 5,36 2 8,413 2 8,853 2 10,73 2 18,242 2,5 3,026 2,5 3,83 2,5 4,587 2,5 7,246 2,5 7,379 2,5 8,82 2,5 14,26 3 2,43 3 3,14 3 3,79 3 5,927 3 6,227 3 7,307 3 11,126 3,5 2,09 3,5 2,73 3,5 3,36 3,5 5,001 3,5 5,367 3,5 6,334 3,5 9,026 4 1,844 4 2,417 4 2,981 4 4,465 4 4,66 4 5,436 4 7,658 4,5 1,623 4,5 2,077 4,5 2,69 4,5 3,783 4,5 4,013 4,5 4,65 4,5 6,36 5 1,477 5 1,825 5 2,309 5 3,257 5 3,53 5 4,179 5 5,66 10 1,024 10 1,1 10 1,19 10 1,378 10 1,476 10 1,489 10 1,806 30 0,891 28,5 0,89 37 0,888 24,5 0,904 37,5 0,908 42 0,92 36 0,88
Gambar 6. Grafik perubahan medan magnet yang dihasilkan kumparan terhadap arus yang mengalir Data  hasil  pengujian  medan  magnet  yang  dihasilkan kumparan  ditunjukkan  pada  tabel  2  dan  tabel  3. Pengukuran  dilakukan  pada  jarak  yang  bervariasi antara 0 cm s.d 10 cm hingga jarak tertentu yang tidak terpengaruh oleh medan magnet kumparan. Pengukuran  juga  dilakukan  pada  kondisi  besar  arus yang  bervariasi.  Grafik  hasil  pengukuran  medan magnet  digambarkan  pada  gambar  5  dan  gambar  6. Pada  gambar  5,  hasil  pengukuran  medan  magnet menunjukkan  semakin  dekat  dengan  kumparan  besar medan  magnetnya  semakin  kuat,  sedangkan  semakin jauh  jaraknya  semakin  lemah  medan  magnetnya. Medan  magnet  paling  besar  ditunjukkan  pada  jarak terdekat  dari  kumparan,  sedangkan  medan  magnet paling kecil ditunjukkan pada jarak maksimal tertentu yang  masih  terkena  pengaruh  oleh  medan  magnet kumparan.  Pada  gambar  6,  grafik  hasil  pengukuran medan  magnet  dilakukan  dengan  variasi  besar  arus listrik  mulai  dari  0  A  s.d  2,7  A.  Dari  grafik  tersebut dapat  dilihat  bahwa  semakin  besar  arus  listrik  yang mengalir  maka  medan  magnet  yang  dihasilkan  juga semakin kuat. Hal ini sesuai dengan teori gaya lorents, Dimana  gaya  magnetis  dipengaruhi  oleh  arus  listrik yang mengalir.

## 5 KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  pembuatan  dan  pengujian kumparan berarus ini dapat diambil kesimpulan bahwa besar  medan  magnet  yang  dihasilkan  kumparan tergantung pada besar arus yang mengalir dan jumlah belitan  kumparan.  Semakin  besar  arus  dan  jumlah belitan,  maka  medan  magnet  yang  dihasilkan  oleh kumparan akan semakin besar.

## REFERENSI
[1] “Peraturan  menteri  perhubungan  republik Indonesia Nomor PM.43 Tahun 2011 tentang Rencana
Induk Perkeretaapian Nasional.”
Akademi
Perkeretaapian Indonesia.
[2] Hyung-Woo  Lee,  Ki-Chan  Kim,  dan  Ju  Lee, “Review  of  maglev  train  technologies,” IEEE  Trans.
Magn. , vol. 42, no. 7, hlm. 1917–1925, Jul 2006.
[3]
J.  SHI  dan  Y.  J.  WANG,  “DYNAMIC
RESPONSE ANALYSIS OF SINGLE-SPAN GUIDEWAY CAUSED BY HIGH SPEED MAGLEV TRAIN,” Lat. Am. J. Solids Struct. , vol. 8, hlm. 213, Sep 2011.
[4] E. R. Laithwaite, “Electromagnetic levitation,”
Proc. Inst.  Electr. Eng. ,  vol.  112,  no. 12,  hlm.  2361, 1965.
[5] “MAGLEV design principles.pdf.” .
[6] G. G. Sotelo, R. A. H. de Oliveira, F. S. Costa, D. H. N. Dias, R. de Andrade, dan R. M. Stephan, “A Full  Scale  Superconducting  Magnetic  Levitation (MagLev)  Vehicle  Operational  Line,” IEEE  Trans. Appl. Supercond. , vol. 25, no. 3, hlm. 1–5, Jun 2015.
[7] A.  Jacob,  J.  Angelo,  N.  Monteiro,  dan  M.
Nuno, “A new concept of superelevation in magnetic levitation – prodynamic,” Transp. Syst. Technol. , vol. 4, no. 4, hlm. 77–111, Des 2018.
[8] K.  Davey,  “Analysis  of  an  electrodynamic Maglev  system,” IEEE  Trans.  Magn. ,  vol.  35,  no.  5, hlm. 4259–4267, Sep 1999.
[9] K.  R.  Davey,  “Electrodynamic  Maglev  coil design and analysis,” IEEE Trans. Magn. , vol. 33, no. 5, hlm. 4227–4229, Sep 1997.
[10] D.  H.  Kang  dan  H.  Weh,  “Design  of  an Integrated  Propulsion,  Guidance,  and  Levitation System  by  Magnetically  Excited  Transverse  Flux
Linear  Motor  (TFM-LM),” IEEE  Trans.  Energy Convers. , vol. 19, no. 3, hlm. 477–484, Sep 2004.
[11] Y. Yang dkk. , “Analysis and solution of eddy current  induced  in  rail  for  medium  and  low  speed maglev transportation system,” Transp. Syst. Technol. , vol. 4, no. 4, hlm. 129–137, Des 2018.