作為保護裝置，差動繼電器由位于系統中兩個不同位置的電流互感器提供反饋信息。差動繼電器對電流進行比較，如果存在不同則表示受保護區域內有故障存在。這些裝置常被用于保護發電機或變壓器的線圈。

差動繼電器基本原理是交流磁制動，工作繞組接入保護的差動回路，制動繞組接入環流電路。其作用為在正常情況下或者當發生穿越性短路時， 通過制動繞組的是電流互感器二 次電流或全部短路電流。

按圖2所示的電磁關系，相應的制動磁通φZ僅在導磁體的兩個邊柱間環流。其作用純粹是使鐵芯飽和，降低磁路的導磁率，這便是交流磁 制動作用。

正常情況下通過工作繞組的僅是數值不大的不平衡電流，其效應已被消除。當發生穿越性短路時，由于電流互感器的電流倍數已很大，誤差各異，因而不 平衡電流的數值必將顯著增大，其效應也不能消除，但這時的制動作用也很大，導磁體的飽和程度很高，大大地惡化了工作繞組和二次繞組之間的電磁感應條件，因 而構成了差動繼電器的制動特性。

當用于保護三繞組電力變壓器時， 應用兩個平衡繞組，并將它們分別接在環流回路的兩個臂上，這樣就能消除三個環流回路里不平衡電流的效應。當用于保護兩繞組電力變壓器時，只需應用一個平衡繞組。在不平衡電流較大的情況下，平衡繞組接入環流回路；當不平衡電流較小時，可以接入差動回路，以擴大整定值的范圍。