电气控制系统除了要能满足生产机械的具体工艺要求外，要想长期无故障地运行，还必须要有各种保护措施。保护环节是所有机床电气控制系统不可缺少的组成部分。电气控制系统中的保护环节包括：短路保护、过流保护、弱磁保护、过载保护、欠(零)压保护。
1.短路保护
电动机绕组、导线的绝缘损坏或线路发生故障时往往会引起短路，巨大的短路电流会导致电气设备损坏。发生短路时，必须迅速切断电源。
常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。
熔断器结构简单、价廉，但动作准确性较差，熔体断了后需重新更换，若只断了一相还会造成电动机的单相运行，只适用于自动化程度和动作准确性要求不高的系统。
对于自动开关，只要发生短路就会自动跳闸，将三相电路切断。自动开关结构较复杂，操作频率低，广泛用于要求较高的场合。
2.过流保护
广泛应用于直流电动机或绕线转子异步电动机，由于三相笼型异步电动机短时过电流不会产生严重后果，故一般不采用过流保护而采用短路保护。
过电流往往由于不正确的启动和过大的负载转矩引起，一般比短路电流要小。
电动机运行时，产生过电流的可能性比发生短路的可能性要大得多，频繁正反转启动、制动的重复短时工作的电动机更是如此。
直流电动机和绕线转子异步电动机线路中的过电流继电器也起着短路保护的作用，一般过电流动作时的电流强度值为启动电流的1.2倍左右。
3.弱磁保护
直流电动机必须在一定磁场强度下才能启动，如磁场太弱，电动机的启动电流就会很大；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。
弱励磁保护是通过在电动机励磁回路中串入弱磁继电器（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很多，弱磁继电器就释放，其触点切断主回路接触器线圈的电源，使电动机断电停车。
4.过载保护
电动机长期超载运行、其绕组温升超过允许值，绕组的绝缘材料就会变脆，电动机的寿命就会减少，严重时甚至会损坏电动机。过载电流越大，达到允许温升的时间越短。常用的过载保护元件是热继电器。热继电器可以满足这样的要求：当电动机在额定电流下运行时，电动机的温升为额定温升，热继电器不会动作，在过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才会动作，过载电流较大时，热继电器会在较短时间内动作。
由于热惯性的原因，热继电器不会因电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，在使用热继电器作过载保护的还必须设有短路保护。用作短路保护的熔断器的熔体的额定电流不应超过热继电器发热元件额定电流的4倍。
当电动机的工作环境温度和热元件工作环境温度不保护的可靠性会受到影响。现在，较好的热继电器一般都采用热敏电阻作为测温元件，将热敏电阻串在电动机绕组中，能更准确地测量出电动机绕组的温升。
5.欠(零)压保护
电动机正在运行时，电源电压过分地降低会引起电动机转速下降甚至停转，或者引起一些电器动作，造成控制线路不正常工作；电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时电动机就将自行启动。这两种情况都可能引起设备损坏甚至人身事故，必须予以保护。针对电压过分降低的保护称为欠电压保护；为防止电压恢复时电动机自行启动的保护称为零压保护。
自锁环节兼作欠压保护
许多机床不是用控制开关，而是用按钮开关操作的。利用按钮的自动复位作用和接触器的自锁作用，可不必另设零压保护继电器。如图2.27所示，当电源电压过低或消失时，接触器KM释放，KM的主、辅触点打开，使电动机电源切断并失去自锁。当电源恢复正常时，必须操作人员重新按下启动按钮SB2，才能使电动机启动。象这样带有自锁环节的电路本身就具有零压保护作用。
欠压保护线路例
图2.26中，电压继电器KZ起零压保护作用，当电源电压过低或消失时，电压继电器KZ就要释放，接触器KM1、KM2也随之失电，因为此时主令控制器QC不在零位（即QC0未闭合），在电压恢复时，KZ不会通电动作，接触器KM1、KM2也就不会得电。要使电动机重新启动，必须先将主令开关QC打回零位，使触点QC0闭合，KZ通电并自锁，再将QC打向正向或反向位置，电动机才能启动。这样就通过KZ继电器实现了欠压保护。
自锁环节兼作欠压保护
许多机床不是用控制开关，而是用按钮开关操作的。利用按钮的自动复位作用和接触器的自锁作用，可不必另设零压保护继电器。如图2.27所示，当电源电压过低或消失时，接触器KM释放，KM的主、辅触点打开，使电动机电源切断并失去自锁。当电源恢复正常时，必须操作人员重新按下启动按钮SB2，才能使电动机启动。象这样带有自锁环节的电路本身就具有零压保护作用。