一个令一个瓦

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新疆大学

课程设计报告

所属院系：科学技术学院

专业：电气工程及其自动化

课程名称：电路

设计题目：三相电路的功率测量

班级：电气14-1

学生姓名：庞浩

学生学号：2

指导老师:李劲

完成日期：2016年6月28日

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课程设计题目：三相电路的功率测量

要求完成的内容：

（1）掌握瓦特计（瓦特计）的接线和使用方法。

（2）使用单相瓦特计对三相电路进行三瓦计、二瓦计法的有功功率进行测量。

（3）如何用一瓦计法测量三相电路的有功功率。

（4）对三种方法分别测量出的总有功功率分析说明。

要求：（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，初选电路元器件，设置参数。

（2）仿真分析、测量电路的相关参数，修改、复核，使之满足设计要求。

（3）综合分析计算电路参数，验证满足设计要求后，认真完成设计报告。

评分标准：

（1）设计思路是否清晰；（2）单元电路正确与否；（3）整体电路是否完整及满足

设计要求；（4）说理说明是否正确；（5）报告格式及版面是否清晰。

指导教师评语：

评定成绩为：

指导教师签名：201年月日

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一、实验目的

（1）掌握瓦特计（瓦特计）的接线和使用方法。

（2）掌握单相瓦特计对三相电路进行三瓦计、二瓦计法、一瓦计法的有功功率进行测量。

（3）说明分析三种方法分别测量出的总有功功率。

二、实验设备

1.计算机im12.0软件

三、设计原理

（1）瓦特计的接法：将电压表与电流表的“*”端相连，1、3支路串入一相支路中，并把电压

表的非“*”端（支路2）接中线或者其他相线，如图1-1所示。

图1-1：瓦特计的接法图2-1：三瓦计法测有功功率

（2）三瓦计法：对于采用三相四线制供电的三相星形联接（Y0）的不对称负载，可以用瓦特计

测量出各相的有功功率P

u

、P

v

、P

w

，然后把三表读数相加，即可得到三相负载的总有功功率Σ

Pa=P

v

+P

w

+P

n

，如图2-1所示。若三相负载是对称的，则各相有功功率相同，所以只需测量一相的

功率即可，该相功率乘以3即得总的三相有功功率。

（3）二瓦计法：对于采用三相三线制供电的对称负载，或者不对称负载，它们都是三相三线制

电路，所以可以采用两只单相瓦特计来测量三相电路的总的有功功率。如图3-1所示。三相负载

所消耗的总有功功率P为两只瓦特计示数的代数和，即：

Pa=P

1

+P

2

=U

AC

IAcosφ1+U

BC

I

B

cosφ2=P

A

+P

B

+P

C

。

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（4）一瓦计法：对于三相负载，可用一只瓦特表测出一个功率P，则有Pa=√3P。

图3-1：二瓦计法测功率

四、实验内容与步骤

1.三瓦计法测三相电路的有功功率

使用Multisim12.0软件绘出如图2-1所示的电路（即图2-2），其中三相电源为相电压UΦ

=220V,线电压U

l

=381V,f=50HZ的三相交流电。启动仿真，读出各瓦特计的读数，将数据记录在表1

中。

准备工作：线电压与相电压的测量

图4-1：一瓦计法测功率

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图2-2：三瓦计法测有功功率仿真电路图及其运行结果

由仿真运行结果可知，瓦特计1读数为242.038W;瓦特计2读数为138.307W，

瓦特计3读数为96.815W，所以总功率为242.038+138.307+96.815=446.16W，并

将数据记入表一。

三瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表一

测量方法测量项目单位不对称三相负

载

三瓦计法（三相四线制）测量数

据

PuW242.038

PvW138.307

PwW96.815

总功率Pa=Pu+Pv+PwW446.16

分析：由仿真运行结果可见在每相相电压相等的条件下，负载阻值越大，消耗的有

功功率越低。

2．二瓦计法测三相电路的有功功率

用Multisim12.0软件绘出如图3-2所示的仿真电路，运行仿真电路，读出各功

率表的读数，将此数据记录在表2中。

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图3-2：二瓦计法测有功功率仿真电路及其运行结果

分析：瓦特计1读数为252.561，瓦特计二读数为189.421，总功率为

Pa=252.561+189.421=441.982W。将数据记入表二。

二瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表二

测量方法测量项目单位不对称三相负

载

二瓦计法（三相三线制）测量数据P1无252.261

P2无189.421

总功率Pa=P1+P2W441.982

3．一瓦计法测有功功率：

用Multisim12.0软件绘出如图4-2所示的仿真电路，此时为了得到相同的总有

功率，应确定3个合适的电容值，来提供合适的无功补偿。即瓦特计读数应为442W/

√3=255W左右，所以在实验中应该多做几次不同参数下的实验，这次分别选用了

C=0uF，8uF，9uF，10uF,11uF，在不同电容值下，启动仿真并测量出功率值，将

数据记录在表3中。

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（1）：C=0uF

图4-2：一瓦计测有功功率（0uF）

分析：当C=0uF时，根据一瓦计法，可得瓦特计示数为31.57W，示数不为0，总

功率为Pa=31.57x√3=54.679W。原因是负载不对称，所以功率表示数不为0。

如果负载对称，那么功率表示数为0。

一瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表三-1

测量方法测量项目量纲不对称三相负载

一瓦计法（三相三线制）测量数据P无31.57

总功率Pa=√3PW54.679

（2）：C=8uF

图4-3：一瓦计测有功功率（8uF）

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分析：当C=8uF时，瓦特计示数为201.243，总有功功率Pa=201.243x√3=348.553

一瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表三-2

测量方法测量项目量纲不对称三相负载

一瓦计法（三相三线制）测量数据P无201.243

总功率Pa=√3PW348.553

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（3）：C=9uF

图4-4：一瓦计测有功功率（9uF）

分析：C=9uF时，瓦特计示数为228.638，总功率Pa=228.638x√3=396.002W。

一瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表三-3

测量方法测量项目量纲

不对称三相负

载

一瓦计法（三相三线制）

测量数据P无228.638

总功率Pa=√3PW396.002

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（4）：C=10uF

图4-4：一瓦计测有功功率（10uF）

分析：当电容为10uF时，瓦特计示数为255.733，总功率Pa=255.733x√

3=442.930W。

一瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表三-3

测量方法测量项目量纲

不对称三相负

载

一瓦计法（三相三线制）

测量数据P无255.733

总功率Pa=√3PW442.930

（5）：C=11uF

图4-6：一瓦计测有功功率（11uF）

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分析：当C=11uF时，瓦特计示数为282.584，总功率为Pa=282.584x√3=489.435W。

对比前面的数据可见，随着电容的上升，功率也在上升。

一瓦计法对三相有功功率的测量数据表：表三-4

测量方法测量项目量纲

不对称三相负

载

一瓦计法（三相三线制）

测量数据P无282.584

总功率Pa=√3PW489.435

电容值测量项目不对称三相负载功率

C=0uF测量数据

P(○

W

的读数)

173.494

总功率Pa=√3*P300.500W

C=8uF测量数据

P(○

W

的读数

201.243

总功率Pa=√3*P348.553W

C=9uF测量数据

P(○

W

的读数

228.638

总功率Pa=√3*P396.002W

C=10uF测量数据

P(○

W

的读数

255.733

总功率Pa=√3*P442.930W

C=11uF测量数据

P(○

W

的读数

282.584

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总功率Pa=√3*P489.435W

选用值C=10uF,P=255.733，Pa=442.930W

五、数据分析：

在同一个三相电路下，且各元件参数保持不变时：（1用三瓦计法测得总有功率为446.16W

；（2用二瓦计法测得总有功率为441.982W；（3用一瓦计法测总有功功率，当C=10uF时

P=255.733W,总有功率Pa=√3P=442.930W。所以用各种方法测得的有功功率在允许的误差范

围内，可认为是相等的。各个方法测总有功功率都相等的结果，符合电路结构和参数都不

变的客观情况下，电路参数保持不变。此外，在用一瓦计法测总有功功率实验中，我们还

发现了当电路参数中仅电容值发生改变时，瓦特计示数与电容值呈正相关。即电容值越大，

三相电路的总有功率就越大，原因是电容起到了补偿无功的作用。而且如果令C=0，此时瓦

特计示数不为0，这是因为所测电路为三项不对称负载，所以P不为0；如果是对称负载，

那么P=0。

六、实验结果与分析：

（一）本次测量三相有功功率的实验，采用了仿真电路进行实验，它

很多优点。1.极大地减少了实验设备，仅需一台装有Multisim12软件的电脑

即可。2.布线清晰，便于修改。3.电路结构明确直观，实验人员能够对电路有

更清楚的了解。4.测量结果以数字的形式显现，消除了读数误差。5.能够避免

操作不当引起的事故与不必要损失。

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（二）1.通过这个实验，认识和掌握了对相同三相电路分别使用三瓦计、

二瓦计法、一瓦计法进行有功功率测量的方法。知道了无论用这三种测量方法

中的哪一种测量同一电路的有功功率，都可以得到相同的总有功功率。

2.认识了在不同情况下，应使用何种方法测量有功功率。（1）三瓦

计既可以用于三相四线制，也可用于三相三线制，既可测量对称负载，也可测

量不对称负载的功率。而且在负载对称的情况下，只需测出一相的功率既可。

（2）二瓦计只能使用于三相三线制电路。

七、总结体会：

通过本次设计实验，我进一步学会了如何运用Multisim12.0绘制仿真电

路进行仿真实验，收获良多，颇有感慨。

首先，要明确实验目的。只有在知道自己的目标之后，我们才能明确自己

的方向并进行下一步的工作。

其次，充足的实验材料与实验数据。在确定目标之后，我们搜集的材料是

实验的基础。通过对材料的消化、理解，我们才能将之通过实验得到既定结果。

而实验数据是我们对原始材料进行加工和实验的结果，是我们进行实验分析的

对象。

最后，合理地对数据进行处理和分析。得到实验数据之后，我们只是知道

了实验的现象，并不了解导致该现象的原因。通过对实验数据进行进一步的加

工和处理，再进过合理的分析与推理，就可以验证我们的实验目的或从实验中

总结出结论。

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