一、直流電動機的工作特性
直流電動機的工作特性是指供給電機額定電壓
額定勵磁電流
時，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的關(guān)系、轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流之間的關(guān)系及效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系。這三個關(guān)系分別稱為電動機的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性和效率特性。
（一）他勵（并勵）直流電動機的工作特性
他勵直流電動機的工作特性與并勵直流電動機的工作特性相同。
1．轉(zhuǎn)速特性
他勵直流電動機的轉(zhuǎn)速特性可表示為
，把上一節(jié)式(1—19)代入式（1—20），整理可得：
此式即為轉(zhuǎn)速特性的表達式。如果忽略電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，則轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化，當(dāng)負(fù)載電流增加時，轉(zhuǎn)速有所下降。并勵直流電動機的工作特性如圖1—24所示
圖1—24 并勵電動機的工作特性
2．轉(zhuǎn)矩特性
由此式可見，在忽略電樞反應(yīng)的情況下電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，若考慮電樞反應(yīng)使主磁通略有下降，電磁轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流的上升的速度要慢一些，曲線的斜率略有下降。
3．效率特性
從前面敘述可知，空載損耗P0是不隨負(fù)載電流變化的，當(dāng)負(fù)載電流較小時效率較低，輸入的功率大部分消耗在空載損耗上；當(dāng)負(fù)載電流增大時效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流大到一定程度時銅損快速增大此時效率又開始變小。
（二）串勵直流電動機的工作特性
串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，電樞電流即為勵磁電流。串勵電動機的工作特性與并勵電動機有很大的區(qū)別。當(dāng)負(fù)載電流較小時，磁路不飽和，主磁通與勵磁電流（負(fù)載電流）按線性關(guān)系變化，而當(dāng)負(fù)載電流較大時，磁路趨于飽和主磁通基本不隨電樞電流變化。因此討論串勵電動機的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性和機械特性必須分段討論。
由上述可知，當(dāng)負(fù)載電流較小時，轉(zhuǎn)速較大，負(fù)載電流增加，轉(zhuǎn)速快速下降，當(dāng)負(fù)載電流趨于零時，電機轉(zhuǎn)速趨于無窮大。因此串勵電動機不可以空載或在輕載下運行，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流的平方成正比。
當(dāng)負(fù)載電流較大時，磁路已經(jīng)飽和，磁通
基本不隨負(fù)載電流變化，串勵電動機的工作特性與并勵電動機相同。
串勵直流電動機的工作特性曲線如圖1—25所示。
圖1—25 串勵直流電動機的工作特性
（三）復(fù)勵直流電動機的工作特性
如果是他勵（并勵）繞組磁勢起主要作用，復(fù)勵電動機的轉(zhuǎn)速特性就與他勵（并勵）電動機接近；如果是串勵繞組磁勢起主要作用，復(fù)勵電動機的轉(zhuǎn)速特性就與串勵電動機接近。由于有串勵和他勵（并勵）磁勢的存在，復(fù)勵電動機既有較高的起動能力和過載能力，又可允許空載或輕載運行。
二、直流電動機的機械特性
（一）他勵直流電動機的機械特性
1．機械特性的表達式
直流電動機的機械特性是指在電動機的電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動機處于穩(wěn)態(tài)運行時，電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：n=f(Tem)。由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是機械量，所以把它稱為機械特性。
圖1—26 他勵直流電動機電路原理圖
圖1—26所示是他勵直流電動機的電路原理圖。圖中U為外施電源電壓，Ea是電樞電動勢，Ia是電樞電流，Rs是電樞回路串聯(lián)電阻，If是勵磁電流，
是勵磁磁通，Rf是勵磁繞組電阻，Rsf是勵磁回路串聯(lián)電阻。按圖中標(biāo)明的各個量的正方向，可以列出電樞回路的電壓平衡方程式
U=Ea+RIa （1—43）
2．固有機械特性和人為機械特性
事實上，式（1—46）中的電樞回路電阻R、端電壓U和勵磁磁通
都是可以根據(jù)實際需要進行調(diào)節(jié)的，每調(diào)節(jié)一個參數(shù)可以對應(yīng)得到一條機械特性，所以可以得到許多條機械特性。其中，電動機自身所固有的，反映電動機本來“面目”的機械特性是在電樞電壓、勵磁磁通為額定值，且電樞回路不外串電阻時的機械特性，稱為電動機的固有（自然）機械特性；調(diào)節(jié)U、R、等參數(shù)后得到的機械特性稱為人為機械特性。
（1）固有機械特性
（2）人為機械特性
①電樞串電阻時的人為特性
②降低電樞電壓時的人為特性
由于電動機的工作電壓以額定電壓為上限，因此改變電壓時，只能在低于額定電壓的范圍內(nèi)變化，與固有特性比較，降低電壓時人為特性的斜率
不變，但理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電壓的降低而正比減小。因此降低電壓時的人為特性是位于固有特性下方，且與固有特性平行的一組直線，如圖1—29所示。
圖1— 28 電動機的固有特性和電樞串聯(lián)電阻的人為特性 圖1—29 電動機的固有特性和降低電壓的人為特性
③減弱勵磁磁通時的人為特性
在圖1—26中，改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻Rsf，就可以改變勵磁電流，進而改變勵磁磁通。由于電動機額定運行時，磁路已經(jīng)開始飽和，即使再成倍增加勵磁電流，磁通也不會有明顯增加，何況由于勵磁繞組發(fā)熱條件的限制，勵磁電流也不允許大幅度地增加，因此，只能在額定值以下調(diào)節(jié)勵磁電流，即只能減弱勵磁磁通。
改變磁通可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從圖1—30（b）看出，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不太大時，磁通減小使轉(zhuǎn)速升高；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特別大時，減弱磁通才會使轉(zhuǎn)速下降，然而，這時的電樞電流已經(jīng)過大，電動機不允許在這樣大的電流下工作。因此，實際運行條件下，可以認(rèn)為磁通越小，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高。
3．機械特性的求取
在設(shè)計電力拖動系統(tǒng)時，首先應(yīng)知道所選擇電動機的機械特性，可是電動機的產(chǎn)品目錄或銘牌中都未直接給出機械特性的數(shù)據(jù)，因此通常是根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)
：計算或通過實驗來求取機械特性。
（1）固有機械特性的求取
他勵直流電動機的固有機械特性為一條直線，所以只要求出直線上任意兩點的數(shù)據(jù)就可以畫出這條直線。一般計算理想空載點
數(shù)據(jù)，具體步驟如下：
①估算Ra
從電動機的銘牌中查得。
根據(jù)計算所得
（2）人為特性的求取
[例1] 他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為：PN=22kW，UN=220V，IN=116A，nN=1500r/min，試分別求取下列機械特性方程式并繪制其特性曲線。
（1）固有機械特性；
（2）電樞串入電阻Rs=0.7Ω時的人為特性；
（3）電源電壓降至110V時的人為特性；
（4）磁通減弱至
時的人為特性；
（5）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩時，要求電動機以n=1000r/min的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，試問有幾種可能的方案，并分別求出它們的參數(shù)。
[解]（1）固有機械特性
（3）電源電壓降為110V時
其人為特性曲線如圖1—32中曲線2所示。
(5)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定值，轉(zhuǎn)速下降至n=1000r/min時，可以采用電樞串電阻或降低電源電壓的方法來實現(xiàn)。
（二）串勵電動機的機械特性
1．固有特性
串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流If等于電樞電流Ia，主磁通Φ是電樞電流Ia的函數(shù)。
當(dāng)Ia較小，磁路未飽和時，Φ與Ia成正比，即
Φ=kIa （1—53）
串勵電動機的固有特性是在U=UN，RS=0時的特性（圖1—33所示），具有以下特點：
（1）它是一條非線性的軟特性，負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落很大。
（2）空載時，Tem=0，Ia=0，Φ=0，n0=→∞，即理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大。但實際上，即使Ia=0，由于存在剩磁通Φ0，故空載轉(zhuǎn)速n0為一有限值，但其值很高，一般可達（5~6）nN，這就是所謂的“飛車”現(xiàn)象，因此，串勵電動機是不允許空載或輕載運行的。
圖1—33 串勵電動機的固有特性
（3）由于Tem∝Ia2，起動和過載時Ia均較大，故串勵電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。
2．人為特性
串勵電動機同樣可以采用電樞串電阻、改變電源電壓和改變磁通的方法來獲得各種人為特性。
1、電樞串電阻時的人為特性
由式（1—56）或式（1—57）可見，串入電阻后，轉(zhuǎn)速降增大，所以電樞串電阻的人為特性位于固有特性的下方，且特性變得更軟，如圖1—34所示。
2、降低電源電壓時的人為特性
由式（1—56）可知，降低電源電壓時，理想空載轉(zhuǎn)速降低，其人為特性向下平移。如圖1—35所示。
圖1—34 串電阻時的人為特性 圖1—35 降低電源電壓時的人為特性
3、改變磁通時的人為特性
串勵電動機改變磁通的方法之一是在勵磁繞組上并聯(lián)一個分流電阻RPf，如圖1—36（a）所示。與固有特性相比，在Ia相同的情況下，因If ＜Ia，故Φ減小，因此人為特性位于固有特性的上方，如圖1—36（b）所示。
圖1—36 減弱磁通時的人為特性