它由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机热继电器(2张)构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。图中所示的双金属片，下层一片的热膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，热保护器，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离扣板，使常闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触点断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，热保护继电器，按下复位按钮即可复位。
热过载继电器的热元件直接或经过电流互感器接到电动机电路中。当电动机过载时，热保护，主双金属片被加热到动作温度，热保护装置，使继电器动作，分断电动机的动力电路，使电动机免受过载而损坏。热过载继电器的动作时间与过载电流的大小按反时限的关系变化，因此，其热特性易与电动机的热特性配合，而且还有结构简单，价格低廉，动作性能稳定，使用方便等特点。
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