Первая катушка включается в сеть последовательно и создает силу, пропорциональную току I. Вторая включается параллельно и создает силу, пропорциональную напряжению U. Поэтому частота вращения алюминиевого диска, расположенного между катушками, пропорциональна произведению U x I.
Если нагрузка равна нулю, диск неподвижен и показания, счетчика не изменяются. При нагрузке диск вращается, причем тем быстрее, чем больше нагрузка. Время t автоматически учитывается, потому что чем дольше вращается диск, тем больший путь совершается обоймами счетного механизма, а на них написаны цифры, которые видны в окошечке на крышке счетчика.
На обоймах написаны цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Обоймы закрыты щитком, и мы в его окошечках видим только по одной цифре на каждой из них. Допустим, что алюминиевый диск счетчика начинает вращаться по стрелке, когда во всех окошечках видны нули.
Наблюдая за счетчиком, мы увидим, как самый правый нуль поднимется и исчезнет, уступая место единице. Ее сменит двойка и т. д. А когда вместо девятки в окошечке снова появится нуль, то в соседнем окошечке слева окажется единица. Таким образом, полному обороту первого диска, считая справа, соответствует 1/10 оборота второго диска, полному обороту второго — 1/10 оборота третьего и т. д.
Число зубьев червячной и зубчатой передач подобрано таким образом, что счетчик отсчитывает, как правило, киловатт-часы (цифры в черных окошечках) и их доли (цифры в красном окошечке).
Индукционный трехфазный электросчетчик работает по тому же принципу, что и однофазный. В индукционной системе подвижная часть (диск) вращается во время потребления электроэнергии. Диск вращается за счет вихревых токов, наводимых в нем магнитным полем катушек счетчика. Магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитными полями катушек счетчика.
Один из трех элементов счетчика содержит два электромагнита:
♦ токовая обмотка включена в сеть последовательно;
♦ обмотка напряжения включена в сеть параллельно.
Между этими электромагнитами расположен вращающийся алюминиевый диск. Его ось соединена:
♦ со счетным механизмом счетчика;
♦ со вторым диском, на котором установлено еще два (на две фазы) элемента.
Третий диск отсутствует, ради экономии. Протекающие по обмоткам электромагнитов токи создают магнитные потоки, под действием которых у диска появляется вращающий момент. Чем больше расходуется электроэнергии, тем больший ток в контролируемой цепи и в токовой обмотке счетчика и тем больше момент и скорость вращения диска. Трехфазные электросчетчики на напряжение 380 В применяются в основном для учета электроэнергии как на подстанциях, предприятиях, так и в индивидуальных домах и больших квартирах.
Гибридные электронно-механические счетчики являются «помесью» механических и электрических счетчиков: цифровой интерфейс, измерительная часть электронного или индукционного типа. Они включают в себя несколько узлов:
♦ схема счетчика;
♦ блок питания;
♦ корректирующие цепи и т. д.
Блок питания преобразует переменное входное напряжение в низкое постоянное и обеспечивает питание электронных цепей счетчика. Схема счетчика измеряет ток, который потребляется нагрузкой, с помощью трансформатора тока (датчика), через который и протекает измеряемый ток. Другие блоки счетчика электроэнергии выполняют ряд различных функций: вывод показаний и управление через Ethernet, WiMax, Wi-Fi, ZeegBee сети, управление дисплеем, термокомпенсация счетчика, коррекция точности и т. п.
Счетчик состоит из микросхемы обработки, трех трансформаторов тока, цепи питания, электромеханического счетного устройства и дополнительных цепей.
В качестве регистра электроэнергии используется простое электромеханическое отсчетное устройство, в котором применен двухфазный шаговый двигатель. Электропитание счетчика обеспечивает источник, построенный на токовом трансформаторе и двухполупериодном выпрямителе.
В простейшем случае электросчетчик может быть построен на базе простейшего микроконтроллера. От простейшего электронного счетчика требуется лишь измерение импульсов, вывод информации на дисплей и защита при аварийных сбоях.