一、直流电动机的工作特性
直流电动机的工作特性是指供给电机额定电压
额定励磁电流
时，转速与负载电流之间的关系、转矩与负载电流之间的关系及效率与负载电流之间的关系。这三个关系分别称为电动机的转速特性、转矩特性和效率特性。
（一）他励（并励）直流电动机的工作特性
他励直流电动机的工作特性与并励直流电动机的工作特性相同。
1．转速特性
他励直流电动机的转速特性可表示为
，把上一节式(1—19)代入式（1—20），整理可得：
此式即为转速特性的表达式。如果忽略电枢反应的去磁效应，则转速与负载电流按线性关系变化，当负载电流增加时，转速有所下降。并励直流电动机的工作特性如图1—24所示
图1—24 并励电动机的工作特性
2．转矩特性
由此式可见，在忽略电枢反应的情况下电磁转矩与电枢电流成正比，若考虑电枢反应使主磁通略有下降，电磁转矩上升的速度比电流的上升的速度要慢一些，曲线的斜率略有下降。
3．效率特性
从前面叙述可知，空载损耗P0是不随负载电流变化的，当负载电流较小时效率较低，输入的功率大部分消耗在空载损耗上；当负载电流增大时效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流大到一定程度时铜损快速增大此时效率又开始变小。
（二）串励直流电动机的工作特性
串励电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，电枢电流即为励磁电流。串励电动机的工作特性与并励电动机有很大的区别。当负载电流较小时，磁路不饱和，主磁通与励磁电流（负载电流）按线性关系变化，而当负载电流较大时，磁路趋于饱和主磁通基本不随电枢电流变化。因此讨论串励电动机的转速特性、转矩特性和机械特性必须分段讨论。
由上述可知，当负载电流较小时，转速较大，负载电流增加，转速快速下降，当负载电流趋于零时，电机转速趋于无穷大。因此串励电动机不可以空载或在轻载下运行，电磁转矩与负载电流的平方成正比。
当负载电流较大时，磁路已经饱和，磁通
基本不随负载电流变化，串励电动机的工作特性与并励电动机相同。
串励直流电动机的工作特性曲线如图1—25所示。
图1—25 串励直流电动机的工作特性
（三）复励直流电动机的工作特性
如果是他励（并励）绕组磁势起主要作用，复励电动机的转速特性就与他励（并励）电动机接近；如果是串励绕组磁势起主要作用，复励电动机的转速特性就与串励电动机接近。由于有串励和他励（并励）磁势的存在，复励电动机既有较高的起动能力和过载能力，又可允许空载或轻载运行。
二、直流电动机的机械特性
（一）他励直流电动机的机械特性
1．机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速n与电磁转矩之间的关系：n=f(Tem)。由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。
图1—26 他励直流电动机电路原理图
图1—26所示是他励直流电动机的电路原理图。图中U为外施电源电压，Ea是电枢电动势，Ia是电枢电流，Rs是电枢回路串联电阻，If是励磁电流，
是励磁磁通，Rf是励磁绕组电阻，Rsf是励磁回路串联电阻。按图中标明的各个量的正方向，可以列出电枢回路的电压平衡方程式
U=Ea+RIa （1—43）
2．固有机械特性和人为机械特性
事实上，式（1—46）中的电枢回路电阻R、端电压U和励磁磁通
都是可以根据实际需要进行调节的，每调节一个参数可以对应得到一条机械特性，所以可以得到许多条机械特性。其中，电动机自身所固有的，反映电动机本来“面目”的机械特性是在电枢电压、励磁磁通为额定值，且电枢回路不外串电阻时的机械特性，称为电动机的固有（自然）机械特性；调节U、R、等参数后得到的机械特性称为人为机械特性。
（1）固有机械特性
（2）人为机械特性
①电枢串电阻时的人为特性
②降低电枢电压时的人为特性
由于电动机的工作电压以额定电压为上限，因此改变电压时，只能在低于额定电压的范围内变化，与固有特性比较，降低电压时人为特性的斜率
不变，但理想空载转速n0随电压的降低而正比减小。因此降低电压时的人为特性是位于固有特性下方，且与固有特性平行的一组直线，如图1—29所示。
图1— 28 电动机的固有特性和电枢串联电阻的人为特性 图1—29 电动机的固有特性和降低电压的人为特性
③减弱励磁磁通时的人为特性
在图1—26中，改变励磁回路调节电阻Rsf，就可以改变励磁电流，进而改变励磁磁通。由于电动机额定运行时，磁路已经开始饱和，即使再成倍增加励磁电流，磁通也不会有明显增加，何况由于励磁绕组发热条件的限制，励磁电流也不允许大幅度地增加，因此，只能在额定值以下调节励磁电流，即只能减弱励磁磁通。
改变磁通可以调节转速，从图1—30（b）看出，当负载转矩不太大时，磁通减小使转速升高；当负载转矩特别大时，减弱磁通才会使转速下降，然而，这时的电枢电流已经过大，电动机不允许在这样大的电流下工作。因此，实际运行条件下，可以认为磁通越小，稳定转速越高。
3．机械特性的求取
在设计电力拖动系统时，首先应知道所选择电动机的机械特性，可是电动机的产品目录或铭牌中都未直接给出机械特性的数据，因此通常是根据铭牌数据
：计算或通过实验来求取机械特性。
（1）固有机械特性的求取
他励直流电动机的固有机械特性为一条直线，所以只要求出直线上任意两点的数据就可以画出这条直线。一般计算理想空载点
数据，具体步骤如下：
①估算Ra
从电动机的铭牌中查得。
根据计算所得
（2）人为特性的求取
[例1] 他励直流电动机的铭牌数据为：PN=22kW，UN=220V，IN=116A，nN=1500r/min，试分别求取下列机械特性方程式并绘制其特性曲线。
（1）固有机械特性；
（2）电枢串入电阻Rs=0.7Ω时的人为特性；
（3）电源电压降至110V时的人为特性；
（4）磁通减弱至
时的人为特性；
（5）当负载转矩为额定转矩时，要求电动机以n=1000r/min的转速运转，试问有几种可能的方案，并分别求出它们的参数。
[解]（1）固有机械特性
（3）电源电压降为110V时
其人为特性曲线如图1—32中曲线2所示。
(5)当负载转矩为额定值，转速下降至n=1000r/min时，可以采用电枢串电阻或降低电源电压的方法来实现。
（二）串励电动机的机械特性
1．固有特性
串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流If等于电枢电流Ia，主磁通Φ是电枢电流Ia的函数。
当Ia较小，磁路未饱和时，Φ与Ia成正比，即
Φ=kIa （1—53）
串励电动机的固有特性是在U=UN，RS=0时的特性（图1—33所示），具有以下特点：
（1）它是一条非线性的软特性，负载时的转速降落很大。
（2）空载时，Tem=0，Ia=0，Φ=0，n0=→∞，即理想空载转速为无穷大。但实际上，即使Ia=0，由于存在剩磁通Φ0，故空载转速n0为一有限值，但其值很高，一般可达（5~6）nN，这就是所谓的“飞车”现象，因此，串励电动机是不允许空载或轻载运行的。
图1—33 串励电动机的固有特性
（3）由于Tem∝Ia2，起动和过载时Ia均较大，故串励电动机的起动转矩大，过载能力强。
2．人为特性
串励电动机同样可以采用电枢串电阻、改变电源电压和改变磁通的方法来获得各种人为特性。
1、电枢串电阻时的人为特性
由式（1—56）或式（1—57）可见，串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性位于固有特性的下方，且特性变得更软，如图1—34所示。
2、降低电源电压时的人为特性
由式（1—56）可知，降低电源电压时，理想空载转速降低，其人为特性向下平移。如图1—35所示。
图1—34 串电阻时的人为特性 图1—35 降低电源电压时的人为特性
3、改变磁通时的人为特性
串励电动机改变磁通的方法之一是在励磁绕组上并联一个分流电阻RPf，如图1—36（a）所示。与固有特性相比，在Ia相同的情况下，因If ＜Ia，故Φ减小，因此人为特性位于固有特性的上方，如图1—36（b）所示。
图1—36 减弱磁通时的人为特性