电动机控制的电气保护环节

电气控制系统除了要能满足生产机械加工工艺的要求外，还应保证设备长期安全、可靠、无故障地运行，因此保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分，用来保护电动机、电网、电气控制设备及人身安全。
电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压、欠压保护及弱磁保护。
1、短路保护
电机、电器以及导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。短路电流可能使电器设备损坏，因此要求一旦发生短路故障时，控制线路能迅速切断电源。常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。
由于熔断器价格便宜，断弧能力强，所以一般电路几乎无例外地用它作短路保护。但是熔体的品质、老化及环境温度等因素对其动作值影响很大。用其保护电动机时，可能只有一相熔体烧断而造成电动机单相运行，用自动开关作短路保护则能克服这些缺陷。当出现短路时，其电流线圈动作，将整个开关跳开，三相电源同时被切断。自动开关还兼有过载保护和欠压保护，不过其结构复杂，价格贵，不宜频繁操作，一般用在要求高的场合。
2、过电流保护
电动机不正确地起动或负载转矩剧烈增加会引起电动机过电流运行。一般情况下这种过电流比短路电流小，但比电动机额定电流却大得多。在电动机运行过程中产生过电流比发生短路的可能性更大，尤其是在频繁正反转起动的重复短时工作制的电动机中更是如此。过电流的危害虽没有短路那么严重，但同样会造成电动机的损坏。
原则上，短路保护所用元件可以用作过电流保护，不过断弧能力可以要求低些，完全可以利用控制电动机的接触器来断开过电流，因此常用瞬时动作的过电流继电器与接触器配合起来作过电流保护，过电流继电器作为测量元件，接触器作为执行元件断开电路。
由于笼型电动机起动电流很大，如果要使起动时过电流保护元件不动作，其整定值就要大于起动电流，那么一般的过电流就无法使之动作了。所以过电流保护一般只用在直流电动机和绕线式异步电动机上。整定过电流动作值一般为起动电流的1.2倍。
3、过载保护
电动机长期超载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆，寿命减少，严重时会使电机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护元件是热继电器。
由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护，选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。
必须强调指出，短路、过电流、过载保护虽然都是电流保护，但由于故障电流的动作值、保护特性和保护要求以及使用元件的不同，它们之间是不能相互取代的。
4、零电压和欠电压保护
在电动机运行中，如果电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时，如果电动机自行起动，将可能使生产设备损坏，也可能造成人身事故。对供电系统的电网来说，同时有许多电动机及其它用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零电压保护。
当电动机运行时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路工作不正常，甚至产生事故。电网电压过低，如果电动机负载不变，由于三相异步电动机的电磁转矩与电压的二次方成正比，则会因电磁转矩的降低而带不动负载，造成电动机堵转停车，电动机电流增大使电动机发热，严重时烧坏电动机。因此，在电源电压降到允许值以下时，需要采用保护措施，及时切断电源，这就是欠电压保护。通常是采用欠电压继电器，或设置专门的零电压继电器来实现。
在控制线路的主电路和控制电路由同一个电源供电时，具有电气自锁的接触器兼有欠电压和零电压保护作用。若因故障电网电压下降到允许值以下时，接触器线圈也释放，从而切断电动机电源；当电网电压恢复时，由于自锁已解除，电动机也不会再自行起动。
欠压继电器的线圈直接跨接在定子的两相电源线上，其常开触头串接在控制电动机的接触器线圈电路中。自动开关中的欠压脱扣亦可作为欠压保护。主令控制器的零位操作是零压保护的典型环节。
5、弱磁保护
直流电动机在磁场有一定强度情况下才能起动，如果磁场太弱，电动机的起动电流就会很大；直流电动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速就会迅速升高，甚至发生“飞车”，因此需要采取弱磁保护。弱磁保护是通过在电动机励磁回路串入欠电流继电器来实现的。在电动机运行中，如果励磁电流消失或降低太多，欠电流继电器就会释放，其触头切断主回路接触器线圈电路，使电动机断电停车。
除上述几种保护外，控制系统中还可能有其它各种保护，如联锁保护、行程保护、油压保护、温度保护等。只要在控制电路中串接上能反映这些参数的控制电器的常开触头或常闭触头，就可实现有关保护。