Electric Circuit Theory 2 (5 cr)

Objectives (course unit)

The student knows
- concepts of AC power

The student can
- model circuits with inductively coupled windings
- model circuit resonance situations and master analysis of passive basic filters
- model circuit switching phenomena and understand their essential differences compared to steady-state circuit modeling

Content (course unit)

AC power: actual power, reactive power, apparent power, complex power.

Circuit Modeling of Mutual Inductance: How Inductively Coupled Coils Are Considered in Circuit Analysis, Circuit Model of Ideal Transformer.

Resonance in Circuits: What does resonance mean and how does it appear in electrical circuits. How to model resonance situations in electrical circuits.

Passive Filter Connections: How low-pass, high-pass, band-pass, and band-pass filters are implemented with resistors, coils and capacitors. How these filter connections are modeled using the voltage gain transfer function.

Switching phenomena: How to model switching phenomena and other transient situations in electrical circuits. Modeling coupling phenomena will inevitably lead to differential equations, which are solved in the course both in time and by Laplace transform.

Prerequisites (course unit)

Controlling the contents of DC and AC circuits.

Assessment criteria, satisfactory (1-2) (course unit)

Opiskelija osaa ratkaista yksinkertaisia tehtäviä kaikista kurssin keskeisistä aihepiireistä.

Assessment criteria, good (3-4) (course unit)

Opiskelija osaa ratkaista soveltavia tehtäviä vaihtosähkön tehosta, keskinäisinduktanssista, resonanssista, suodatinpiireistä ja piirien kytkentätilanteista. Soveltavien tehtävien ratkaiseminen edellyttää laskentarutiinin lisäksi keskeisten aihepiirien vahvaa ymmärrystä.

Assessment criteria, excellent (5) (course unit)

Opiskelija ymmärtää syvällisesti vaihtosähkön tehon käsitteet ja taustalla vaikuttavan oletuksen sähkösuureiden sinimuotoisuudesta. Opiskelija osaa mallintaa keskinäisinduktansseja sisältäviä sähköpiirejä ja ymmärtää, miten virtojen ja käämintäsuuntien muutokset vaikuttavat sähköpiirin toimintaan. Opiskelija osaa ratkaista sähköpiirien resonanssitilanteet ja ymmärtää sarja- ja rinnakkaisresonanssin vaikutusten eroavaisuudet. Opiskelija osaa suunnitella erilaisia suodatinkytkentöjä ja ymmärtää jännitevahvistuksen käyttäytymisen taajuuden funktiona. Opiskelija ymmärtää piirien kytkentäilmiöiden taustat ja osaa ratkaista erilaisia piirien kytkentäilmiöitä sekä aikatasossa että Laplace-muunnoksen avulla.

Exam schedules

Välikoe- ja tenttipäivämäärät sovitaan opintojakson aikana. Uusintatenttejä järjestetään tarpeen mukaan.

Assessment methods and criteria

Kurssin pääasiallisena tavoitteena on saavuttaa ymmärrys ja mallinnustaito tietyistä sähkötekniikan oleellisista ilmiöistä. Kurssin arvioinnissa pyritään pääosin testaamaan sitä, kuinka hyvin näiden ilmiöiden mallinnustaito on opittu.

Assessment scale

0-5

Teaching methods

Syyslukukauden 2022 opetus Virtapiirien mallintamisen opintojaksolla toteutetaan lähi- ja etäopetuksen yhdistelmänä. Tarkoitus on, että teoria-asiat opiskellaan etänä, ja laskurutiinin kannalta oleelliset laskuharjoitukset järjestetään lähiopetuksena.

Kaikki materiaalit (teorialuennot ja laskuharjoitukset) tulevat tarjolla videoiden muodossa, ja samat aineistot löytyvät myös pdf-tiedostoina. Tämän ratkaisun tavoitteena on tarjota opiskelijoille mahdollisuus aika- ja paikkariippumattomaan opiskeluun.

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

Learning materials

Oppimateriaalina toimivat Moodlessa jaettavat sähköiset materiaalit.

Vaikka kurssin suorittamiseen ei tarvita Moodlen ulkopuolista materiaalia, aihepiiristä on kirjoitettu todennäköisesti satoja kirjoja. Yksi hyvä ja yleisesti korkeakouluissa käytetty vaihtoehto on Nilssonin ja Riedelin Electric Circuits.

Student workload

Normaalissa lähiopetuksessa opintojakson lähituntimäärä on noin 40. Kun oletetaan, että yksi opintopiste vastaa noin 27 tunnin työskentelyä, viiden opintopisteen opintojakson kokonaiskuorma on 135 tunnin luokkaa. Lähiopetuksen lisäksi kuorma on siis sadan tunnin luokkaa.

Content scheduling

Kurssilla on viisi keskeistä aihepiiriä: vaihtosähkön teho, keskinäisinduktanssi, resonanssi, suodattimet, ja piirien kytkentätilanteet, joista viimeisessä hyödynnetään myös Laplace-muunnosta. Kaikki viisi aihepiiriä ovat lähtökohtaisesti yhtä tärkeitä, ja kaikkien käsittelyyn käytetään likimain saman verran aikaa.

Completion alternatives

Opintojaksolla järjestetään kaksi välikoetta, joista jälkimmäinen toimii samalla tenttinä. Ensimmäisen välikokeen aihepiirejä ovat vaihtosähkön teho (T1), keskinäisinduktanssi (T2) ja resonanssi (T3), ja toisen välikokeen aihepiirejä ovat suodinkytkennät (T4) ja kytkentäilmiöt (T5).

Further information

Etäopiskelun mahdollistamiseksi opintojakson kaikki materiaalit on tuotettu videoiden muotoon.

Assessment criteria - fail (0) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Arvosana on hylätty, jos tyydyttävän arvosanan minimikriteerejä ei saavuteta.

Assessment criteria - satisfactory (1-2) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Opiskelija osaa ratkaista yksinkertaisia tehtäviä kaikista kurssin keskeisistä aihepiireistä.

Assessment criteria - good (3-4) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Opiskelija osaa ratkaista soveltavia tehtäviä vaihtosähkön tehosta, keskinäisinduktanssista, resonanssista, suodatinkytkennöistä ja piirien kytkentätilanteista. Soveltavien tehtävien ratkaiseminen edellyttää laskentarutiinin lisäksi keskeisten aihepiirien vahvaa ymmärrystä.

Assessment criteria - excellent (5) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

- Opiskelija osaa laskea vaihtosähkön tehon eri komponentit ja ymmärtää niiden luonnontieteelliset merkitykset.
- Opiskelija osaa ottaa keskinäisinduktanssin huomioon piirilaskennassa, onpa kyse sitten muuntajasta tai muunlaisesta kytkennästä, jossa kahden tai useamman käämin välillä on induktiivinen kytkentä.
- Opiskelija osaa selvittää kytkennän resonanssitaajuuden ja hahmottaa sen luonnontieteelliset syyt ja seuraukset.
- Opiskelija osaa suunnitella erilaisia suodatinkytkentöjä ja ymmärtää jännitevahvistuksen käyttäytymisen taajuuden funktiona.
- Opiskelija ymmärtää piirien kytkentäilmiöiden taustat, ja osaa ratkaista erilaisia piirien kytkentäilmiöitä sekä suorana differentiaaliyhtälön ratkaisuna että Laplace-muunnoksen avulla.