电动机保护器由三相电流互感器、检测、放大、延时、调整电路和执行继电器组成。检测电路检测到电流互感器感应的电流缺相或大于设定值时，经放大器放大，使继电器动作。继电器触头串接于接触器线圈供电回路中，继电器动作后使接触器断电，起到保护电机作用。延时电路用于避开电机起动电流，其时长可调。调整电路用于根据被保护电机工作电流精确设置动作电流。
电动机保护器是经典的电机星三角启动方式，主要是电动机保护器工作原理是保护热继电器，若使用热继电器对大型电机作保护，就会使大电线出现断点，也就是进出热继电器的螺丝接线问题，有可能会出现发热点和故障点。如果不用熔断器和热继电器，而采用电机综合保护器来实现，因为保护器是穿心式，就能够大大减少大电线的断点，由此减少发热点和故障点。
在图1中，按下SB2，保护器得电工作，接触器KM线圈得电吸合。电动机M得电开始工作，通过KM辅助触点和保护器内继电器常闭触点K继续给KM线圈和保护器供电，实现电路自锁。电动机工作后，保护器内的电感线滤波后变成直流电压信号，通过电阻R1~R3加到三极管V1~V3的基极，V1~V3导通。断相指示灯LED1灭，R5上端电压等于保护器工作电压，使D6处于反偏截止状态，双时基集成电路NE556的⑥脚TL1端和②脚TH1端均为高电位，处于复位状态，⑤脚Q1端输出低电平。继电器K不动作。L4产生的感应电经D4半波整流，C4滤波后通过RP1滑动触点、R7、R9、C6加到NE556的⑧脚TL2端和12脚TH2端。由于电容器两端电压不能突变。通电瞬间C6两端电压为0V（只要低于K2端所接稳压二极管DZ稳压值的1/2即2。35V），TL2端获置位信号，Q2端输出高电平，运行指示灯LED3亮。如果电动机工作电流正常，L4产生的感应电就会很小，C6的充电电流也就很小，C6两端的电压就始终低于DZ的稳压值4。7V，确保TH2端不会获得复位信号。
当三相交流电源中任意一相断（缺）相时，相应的电感线中相应的三极管截止，此时断相指示灯LED1亮。给出断相指示。由于R5的阻值较小，其电压降低于保护器工作电压的1/3，所以NE556的TL1端获置位信号，Q1端输出高电平，继电器线圈K得电吸合，其常闭触点断开，切断图1中自锁回路，KM、保护器失电停止工作。由于V1、V2、V3的集电极与发射极串联连接，构成一个三输入端的与门电路，只要三个输入端中有一个输入电平为低，输出就截止。
当电动机过载时，电动机工作电流就会增加，同时L4产生的感应电压也增加，C4两端的电压也随之增加。该电压经RP1的滑动触点、R7、R9对C6进行充电，当C6两端电压大于稳压管DZ的稳压值4。7V时，NE556的TH2端获复位信号，Q2端输出低电平，运行指示灯LED3熄灭，过载指示灯LED2亮。这时，13脚D2端导通接地，C6通过R9开始放电。当C6两端电压低于DZ稳压值时。TL2端又获置位信号。Q2端又输出高电平，D2端又截止，C6再次充电。当C6两端电压高于DZ稳压值时，TH2端再次获得复位信号，Q2端再次输出低电平。这样，D2、TL2、TH2、C6、R9等构成一个多谐振荡器，使运行指示灯LED3和过载指示灯LED2交替闪亮。给出过载指示。与此同时，C5通过D7、R8、RP2、NE556的Q2端进行断续充电。随着充电电流的减小，C5负端的电压逐渐降低。当低于保护器工作电压时，NE556的TL1端获置位信号，Q1端输出高电平，K得电吸合，其常闭触点断开，KM、保护器失电停止工作。
当电网电压升高时，电动机工作电流随之增加，于是L4产生的感应电压也同时增加，随后的保护过程与过载保护过程相同。使用电动机保护器时一定要注意控制线路的接线问题，以确保机器的正常运行，根据电动机保护器原理来它能代替断路器、接触器、热继电器、熔断器等低压电器的一项产品。
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