Piirianalyysi (3 op)

Osaamistavoitteet (Opintojakso)

Opiskelija tietää
- milloin Fourier-sarjakehitelmää tarvitaan piirimallinnuksessa

Opiskelija osaa
- mallintaa symmetrisiä kolmivaihejärjestelmiä osoitinlaskennan keinoin
- analysoida Fourier-analyysin keinoin sellaisia sähköpiirejä, joissa lähdejännitteet ja -virrat ovat mitä tahansa jaksollisia funktiota

Sisältö (Opintojakso)

Symmetrisen kolmivaihejärjestelmän rakenne ja kytkennät, erilaiset kuormitustilanteet ja nollajohtimen vaikutus järjestelmän toimintaan, kolmivaihejärjestelmän tehot, yksivaiheinen sijaiskytkentä.

Symmetrisen kolmivaihejärjestelmän vikatilanteet ja niiden jatkuvuustilan analysointi osoitinlaskennan keinoin.

Fourier-sarjakehitelmä jaksollisten funktioiden esittämisessä, taajuusvaste ja sen rooli järjestelmän mallinnuksessa, järjestelmän ulostulon laskeminen Fourier-sarjan ja taajuusvasteen avulla.

Esitietovaatimukset (Opintojakso)

Tasa- ja vaihtosähköpiirit -opintojakson sekä Virtapiirien mallintaminen -opintojakson sisältöjen hallinta.

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1-2) (Opintojakso)

Kurssin hyväksytty suorittaminen edellyttää perusasioiden osaamista sekä symmetrisistä kolmivaihejärjestelmistä että Fourier-analyysistä.

Arviointikriteerit, hyvä (3-4) (Opintojakso)

Kurssin suorittaminen hyvällä arvosanalla edellyttää perusasioiden lisäksi kolmivaihejärjestelmien analyysin vahvaa hallintaa, sekä Fourier-analyysin osaamista monimutkaisempiin tilanteisiin sovellettuna.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5) (Opintojakso)

Kurssin kiitettävä suorittaminen edellyttää kurssisisällön virheetöntä hallintaa. Huolimattomuusvirheet eivät välttämättä ole kiitettävän arvosanan esteenä, mutta sisältöymmärryksen on oltava lähes täydellistä sekä kolmivaihejärjestelmien että Fourier-analyysin osalta.

Tenttien ja uusintatenttien ajankohdat

Välikoe- ja tenttipäivämäärät sovitaan opintojakson aikana.

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Kurssin pääasiallisena tavoitteena on saavuttaa ymmärrys ja mallinnustaito symmetrisistä kolmivaihejärjestelmistä sekä Fourier-sarjakehitelmän hyödyntämisestä sähköpiirien analysoinnissa. Kurssin arvioinnissa pyritään pääosin testaamaan sitä, kuinka hyvin edellä mainittujen opintojakson pääsisältöjen mallinnustaito on opittu.

Arviointiasteikko

0-5

Opiskelumuodot ja opetusmenetelmät

Koronan aiheuttaman poikkeustilan aikainen etäopetus Piirianalyysin opintojaksolla perustuu pääasiassa opetusvideoihin. Kaikki materiaalit (teorialuennot ja laskuharjoitukset) ovat tarjolla videoiden muodossa, ja samat aineistot löytyvät myös pdf-tiedostoina. Tämän ratkaisun tavoitteena on tarjota opiskelijoille mahdollisuus aika- ja paikkariippumattomaan opiskeluun. Se tarjoaa vapautta, mutta samalla se lisää myös opiskelijan vastuuta omasta oppimisestaan. Video-opetuksen lisäksi järjestetään etä-live-tapahtumia, joissa kerrataan videoissa käsiteltyjä asioita.

Sähköpiirien ratkaisuperiaatteet, joita kurssilla käytetään, on rakennettu ns. kulmakivien menetelmän periaatteiden mukaisesti: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-319-50337-0_54

Oppimateriaalit

Oppimateriaalina toimivat Moodlessa jaettavat sähköiset materiaalit.

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Normaalissa lähiopetuksessa opintojakson lähituntimäärä on noin 40. Kun oletetaan, että yksi opintopiste vastaa noin 27 tunnin työskentelyä, kolmen opintopisteen opintojakson kokonaiskuorma on 80 tunnin luokkaa. Lähiopetuksen lisäksi kuorma on siis 40 tunnin luokkaa.

Korona-ajan etäopetuksessa opintojaksolla on videoita tarjolla noin 30 tunnin edestä. Sen lisäksi opiskeluun on siis tarkoitus käyttää noin 50 tunnin verran aikaa. Käytännössä tämä koostuu pääosin laskuharjoitustehtävien tekemisestä, sillä merkittävin osa opintojakson insinööritaidosta on sähköpiirien analysointiosaamista.

Sisällön jaksotus

Opintojakson keskeisin oppimistavoite on symmetristen kolmivaihejärjestelmien analysointitaito. Siihen liittyvät materiaalit kattavat noin 70% kurssin sisällöstä. Loput 30% on Fourier-analyysiä, jossa tavoitteena on oppia analysoimaan sellaisia sähköpiirejä, joissa lähde syöttää tavallisesta poikkeavaa jaksollista signaalia (kanttiaalto, kolmioaalto, jne...).

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

Opintojaksolla järjestetään kaksi välikoetta, joista jälkimmäinen toimii samalla tenttinä. Ensimmäisen välikokeen aihepiirejä ovat kolmivaihejärjestelmän kytkentävaihtoehdot (T1), kolmivaihejärjestelmien perusominaisuudet (T2) ja kolmivaihejärjestelmän teho (T3), ja toisen välikokeen aihepiirejä ovat kolmivaihejärjestelmän vikatilanteet (T4) ja Fourier-analyysin hyödyntäminen piirilaskennassa (T5).

Lisätietoja opiskelijoille

Korona-ajan etäopiskelun mahdollistamiseksi opintojakson kaikki materiaalit on tuotettu videoiden muotoon. Pääosa opiskelusta on siis mahdollista toteuttaa aika- ja paikkariippumattomasti.

Arviointikriteerit - hylätty (0) (Ei käytössä, kts Opintojakson Arviointikriteerit ylempänä)

Arvosana on hylätty, jos tyydyttävän arvosanan minimikriteerejä ei saavuteta.

Arviointikriteerit - tyydyttävä (1-2) (Ei käytössä, kts Opintojakson Arviointikriteerit ylempänä)

Opiskelija osaa kolmivaihejärjestelmien ja Fourier-analyysin perusteet.

Arviointikriteerit - hyvä (3-4) (Ei käytössä, kts Opintojakson Arviointikriteerit ylempänä)

Opiskelija osaa ratkaista soveltavia tehtäviä symmetrisistä kolmivaihejärjestelmistä ja Fourier-analyysistä. Soveltavien tehtävien ratkaiseminen edellyttää laskentarutiinin lisäksi aihepiirien vahvaa ymmärrystä.

Arviointikriteerit - kiitettävä (5) (Ei käytössä, kts Opintojakson Arviointikriteerit ylempänä)

- Opiskelija hallitsee kolmivaihejärjestelmien analyysin niin hyvin, että pystyy itse johtamaan kolmivaihejärjestelmien yleisesti käytetyt perussäännöt piirianalyysin keinoin.
- Opiskelija osaa lukea kolmivaihejärjestelmiä niin selkeästi, että pystyy vahvaa ymmärrystään hyödyntäen päättelemään vikatilanteiden virrat ja jännitteet.
- Opiskelija ymmärtää Fourier-sarjakehitelmän ja taajuusvasteen roolit Fourier-analyysissä ja pystyy näitä hyödyntäen ratkaisemaan minkä tahansa kytkennän minkä tahansa jännitteen tai virran, kun lähde syöttää tavallisesta poikkeavaa jaksollista signaalia.