Lorsqu'une surcharge survient dans un moteur électrique, elle génère une augmentation de l'intensité du courant électrique qui circule dans les conducteurs provoquant un effet de joule chauffant.
Le principe de fonctionnement du relais de surcharge repose sur l'action conjointe de 3 bilames correspondant chacun à une phase d'alimentation du moteur et de 2 interrupteurs, chargés d'arrêter le moteur et de signaler le problème.
Les éléments bimétalliques, formés de deux lames très minces en matériaux à coefficients de dilatation différents, superposés et soudés, lorsqu'ils sont chauffés subissent une flexion, cette flexion est transmise par des engrenages mécaniques à l'interrupteur qui ouvre ou ferme ses contacts (95-96 et 97 - 98) inséré dans le circuit de commande de la charge à protéger.
