En tant qu'appareil de base pour mesurer la consommation d'énergie dans les circuits CA monophasés-, les compteurs d'énergie-monophasés intègrent des technologies d'induction électromagnétique, de mesure électronique et de transmission mécanique de précision. Grâce à une conception structurelle scientifique, ils obtiennent une mesure précise de l’énergie.
Les compteurs d'énergie électromécaniques monophasés-traditionnels fonctionnent sur la base de la loi de l'induction électromagnétique. Lorsque la bobine de courant et la bobine de tension sont alimentées respectivement en courant et en tension de charge, elles génèrent un flux magnétique alternatif sur le plateau tournant en aluminium. Selon le principe d'induction électromagnétique de Faraday, le flux magnétique changeant induit des courants de Foucault à l'intérieur du plateau tournant. L'interaction des courants de Foucault et du flux magnétique génère un couple moteur qui propulse le plateau tournant. Simultanément, le champ magnétique constant généré par l'aimant de freinage coupe les lignes de force magnétiques du mouvement du plateau tournant, générant un couple de freinage proportionnel à la vitesse de rotation. En fin de compte, cela garantit que la vitesse du plateau tournant est précisément alignée sur la puissance de la charge. Un mécanisme de transmission à engrenages convertit la vitesse de rotation du plateau tournant en relevé de compteur, permettant ainsi la mesure de l'énergie cumulée.
Les compteurs d'énergie électroniques monophasés-modernes utilisent une conception hybride analogique-numérique. Le circuit d'échantillonnage de tension utilise un réseau diviseur de résistances pour obtenir un petit signal proportionnel à la tension d'entrée. L'échantillonnage de courant utilise un shunt en manganèse-cuivre ou un transformateur de courant pour convertir un courant important en un petit signal. Une fois que les signaux analogiques de tension et de courant sont convertis en valeurs numériques par un convertisseur analogique-vers-numérique (ADC), un microcontrôleur (MCU) effectue des calculs en temps réel-basés sur l'équation de puissance instantanée (P=UIcosφ) et utilise un algorithme d'accumulation pour calculer la valeur énergétique. Les circuits clés comprennent une source de référence de haute-précision pour garantir la précision de l'échantillonnage, un filtre passe-bas-pour éliminer les interférences à haute-fréquence et un processeur de signal numérique (DSP) pour améliorer l'efficacité des calculs.
La compensation des erreurs est un problème de conception clé : un circuit de compensation de température corrige les effets de la température ambiante sur les composants de la résistance, des techniques de compensation de phase sont utilisées pour éliminer les différences de phase inhérentes aux canaux d'échantillonnage de tension et de courant, et des algorithmes logiciels sont utilisés pour corriger les caractéristiques de charge légère et les écarts de linéarité. La conception anti-fluage utilise une compensation de flux magnétique dans le circuit de tension ou une détection électronique de courant nul-pour éviter les erreurs de mesure dans des conditions sans-charge.
Avec le développement des réseaux intelligents, de nouveaux-compteurs d'énergie monophasés intègrent des modules de communication sans fil, des puces de cryptage de sécurité et des capacités de mesure à plusieurs-débits. Tout en conservant les principes de base du comptage, ils évoluent vers une haute précision et des performances intelligentes.