電氣控制系統(tǒng)除了要能滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求外，還應(yīng)保證設(shè)備長(zhǎng)期安全、可靠、無(wú)故障地運(yùn)行，因此保護(hù)環(huán)節(jié)是所有電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備及人身安全。
電氣控制系統(tǒng)中常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、零壓、欠壓保護(hù)及弱磁保護(hù)。
1、短路保護(hù)
電機(jī)、電器以及導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時(shí)，都可能造成短路事故。短路電流可能使電器設(shè)備損壞，因此要求一旦發(fā)生短路故障時(shí)，控制線路能迅速切斷電源。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和自動(dòng)開(kāi)關(guān)。
由于熔斷器價(jià)格便宜，斷弧能力強(qiáng)，所以一般電路幾乎無(wú)例外地用它作短路保護(hù)。但是熔體的品質(zhì)、老化及環(huán)境溫度等因素對(duì)其動(dòng)作值影響很大。用其保護(hù)電動(dòng)機(jī)時(shí)，可能只有一相熔體燒斷而造成電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行，用自動(dòng)開(kāi)關(guān)作短路保護(hù)則能克服這些缺陷。當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)，其電流線圈動(dòng)作，將整個(gè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，三相電源同時(shí)被切斷。自動(dòng)開(kāi)關(guān)還兼有過(guò)載保護(hù)和欠壓保護(hù)，不過(guò)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴，不宜頻繁操作，一般用在要求高的場(chǎng)合。
2、過(guò)電流保護(hù)
電動(dòng)機(jī)不正確地起動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩劇烈增加會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)電流運(yùn)行。一般情況下這種過(guò)電流比短路電流小，但比電動(dòng)機(jī)額定電流卻大得多。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是在頻繁正反轉(zhuǎn)起動(dòng)的重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)中更是如此。過(guò)電流的危害雖沒(méi)有短路那么嚴(yán)重，但同樣會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的損壞。
原則上，短路保護(hù)所用元件可以用作過(guò)電流保護(hù)，不過(guò)斷弧能力可以要求低些，完全可以利用控制電動(dòng)機(jī)的接觸器來(lái)斷開(kāi)過(guò)電流，因此常用瞬時(shí)動(dòng)作的過(guò)電流繼電器與接觸器配合起來(lái)作過(guò)電流保護(hù)，過(guò)電流繼電器作為測(cè)量元件，接觸器作為執(zhí)行元件斷開(kāi)電路。
由于籠型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流很大，如果要使起動(dòng)時(shí)過(guò)電流保護(hù)元件不動(dòng)作，其整定值就要大于起動(dòng)電流，那么一般的過(guò)電流就無(wú)法使之動(dòng)作了。所以過(guò)電流保護(hù)一般只用在直流電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)上。整定過(guò)電流動(dòng)作值一般為起動(dòng)電流的1.2倍。
3、過(guò)載保護(hù)
電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超載運(yùn)行，繞組溫升將超過(guò)其允許值，造成絕緣材料變脆，壽命減少，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)損壞。過(guò)載電流越大，達(dá)到允許溫升的時(shí)間就越短。常用的過(guò)載保護(hù)元件是熱繼電器。
由于熱慣性的原因，熱繼電器不會(huì)受電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作，所以在使用熱繼電器作過(guò)載保護(hù)的同時(shí)，還必須設(shè)有短路保護(hù)，選作短路保護(hù)的熔斷器熔體的額定電流不應(yīng)超過(guò)4倍熱繼電器發(fā)熱元件的額定電流。
必須強(qiáng)調(diào)指出，短路、過(guò)電流、過(guò)載保護(hù)雖然都是電流保護(hù)，但由于故障電流的動(dòng)作值、保護(hù)特性和保護(hù)要求以及使用元件的不同，它們之間是不能相互取代的。
4、零電壓和欠電壓保護(hù)
在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，如果電源電壓因某種原因消失，那么在電源電壓恢復(fù)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)，將可能使生產(chǎn)設(shè)備損壞，也可能造成人身事故。對(duì)供電系統(tǒng)的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，同時(shí)有許多電動(dòng)機(jī)及其它用電設(shè)備自行起動(dòng)也會(huì)引起不允許的過(guò)電流及瞬間網(wǎng)絡(luò)電壓下降。為了防止電網(wǎng)失電后恢復(fù)供電時(shí)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)的保護(hù)叫做零電壓保護(hù)。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電源電壓過(guò)分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路工作不正常，甚至產(chǎn)生事故。電網(wǎng)電壓過(guò)低，如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變，由于三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的二次方成正比，則會(huì)因電磁轉(zhuǎn)矩的降低而帶不動(dòng)負(fù)載，造成電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)停車，電動(dòng)機(jī)電流增大使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒壞電動(dòng)機(jī)。因此，在電源電壓降到允許值以下時(shí)，需要采用保護(hù)措施，及時(shí)切斷電源，這就是欠電壓保護(hù)。通常是采用欠電壓繼電器，或設(shè)置專門的零電壓繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在控制線路的主電路和控制電路由同一個(gè)電源供電時(shí)，具有電氣自鎖的接觸器兼有欠電壓和零電壓保護(hù)作用。若因故障電網(wǎng)電壓下降到允許值以下時(shí)，接觸器線圈也釋放，從而切斷電動(dòng)機(jī)電源；當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，由于自鎖已解除，電動(dòng)機(jī)也不會(huì)再自行起動(dòng)。
欠壓繼電器的線圈直接跨接在定子的兩相電源線上，其常開(kāi)觸頭串接在控制電動(dòng)機(jī)的接觸器線圈電路中。自動(dòng)開(kāi)關(guān)中的欠壓脫扣亦可作為欠壓保護(hù)。主令控制器的零位操作是零壓保護(hù)的典型環(huán)節(jié)。
5、弱磁保護(hù)
直流電動(dòng)機(jī)在磁場(chǎng)有一定強(qiáng)度情況下才能起動(dòng)，如果磁場(chǎng)太弱，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流就會(huì)很大；直流電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)突然減弱或消失，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)迅速升高，甚至發(fā)生“飛車”，因此需要采取弱磁保護(hù)。弱磁保護(hù)是通過(guò)在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路串入欠電流繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，如果勵(lì)磁電流消失或降低太多，欠電流繼電器就會(huì)釋放，其觸頭切斷主回路接觸器線圈電路，使電動(dòng)機(jī)斷電停車。
除上述幾種保護(hù)外，控制系統(tǒng)中還可能有其它各種保護(hù)，如聯(lián)鎖保護(hù)、行程保護(hù)、油壓保護(hù)、溫度保護(hù)等。只要在控制電路中串接上能反映這些參數(shù)的控制電器的常開(kāi)觸頭或常閉觸頭，就可實(shí)現(xiàn)有關(guān)保護(hù)。