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電氣控制系統除了要能滿足生產機械的具體工藝要求外，要想長期無故障地運行，還必須要有各種保護措施。保護環節是所有機床電氣控制系統不可缺少的組成部分。電氣控制系統中的保護環節包括：短路保護、過流保護、弱磁保護、過載保護、欠(零)壓保護。
1.短路保護
電動機繞組、導線的絕緣損壞或線路發生故障時往往會引起短路，巨大的短路電流會導致電氣設備損壞。因此發生短路時，必須迅速切斷電源。
常用的短路保護元件有熔斷器和自動開關。
熔斷器結構簡單、價廉，但動作準確性較差，熔體斷了后需重新更換，而且若只斷了一相還會造成電動機的單相運行，所以只適用于自動化程度和動作準確性要求不高的系統。
對于自動開關，只要發生短路就會自動跳閘，將三相電路同時切斷。自動開關結構較復雜，操作頻率低，廣泛用于要求較高的場合。
2.過流保護
廣泛應用于直流電動機或繞線轉子異步電動機，由于三相籠型異步電動機短時過電流不會產生嚴重后果，故一般不采用過流保護而采用短路保護。
過電流往往由于不正確的啟動和過大的負載轉矩引起，一般比短路電流要小。
電動機運行時，產生過電流的可能性比發生短路的可能性要大得多，頻繁正反轉啟動、制動的重復短時工作的電動機更是如此。
直流電動機和繞線轉子異步電動機線路中的過電流繼電器也起著短路保護的作用，一般過電流動作時的電流強度值為啟動電流的1.2倍左右。
3.弱磁保護
直流電動機必須在一定磁場強度下才能啟動，如磁場太弱，電動機的啟動電流就會很大；直流電動機正在運行時磁場突然減弱或消失，電動機轉速就會迅速升高甚至發生飛車。
弱勵磁保護是通過在電動機勵磁回路中串入弱磁繼電器（電流繼電器）來實現的，在電動機運行中，如果勵磁電流消失或降低很多，弱磁繼電器就釋放，其觸點切斷主回路接觸器線圈的電源，使電動機斷電停車。
4.過載保護
電動機長期超載運行、其繞組溫升超過允許值，繞組的絕緣材料就會變脆，電動機的壽命就會減少，嚴重時甚至會損壞電動機。過載電流越大，達到允許溫升的時間越短。常用的過載保護元件是熱繼電器。熱繼電器可以滿足這樣的要求：當電動機在額定電流下運行時，電動機的溫升為額定溫升，熱繼電器不會動作，在過載電流較小時，熱繼電器要經過較長時間才會動作，過載電流較大時，熱繼電器會在較短時間內動作。
由于熱慣性的原因，熱繼電器不會因電動機短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，所以在使用熱繼電器作過載保護的同時，還必須設有短路保護。用作短路保護的熔斷器的熔體的額定電流不應超過熱繼電器發熱元件額定電流的4倍。
當電動機的工作環境溫度和熱元件工作環境溫度不同時，保護的可靠性會受到影響。現在，較好的熱繼電器一般都采用熱敏電阻作為測溫元件，將熱敏電阻串在電動機繞組中，能更準確地測量出電動機繞組的溫升。
5.欠(零)壓保護
電動機正在運行時，電源電壓過分地降低會引起電動機轉速下降甚至停轉，或者引起一些電器動作，造成控制線路不正常工作；電源電壓因某種原因消失，那么在電源電壓恢復時電動機就將自行啟動。這兩種情況都可能引起設備損壞甚至人身事故，因此必須予以保護。針對電壓過分降低的保護稱為欠電壓保護；為防止電壓恢復時電動機自行啟動的保護稱為零壓保護。
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