直流電機作為最早實用化的電機類型之一，其運行特征具有鮮明的機械和電氣特性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的線性關(guān)系

機械特性：直流電機的轉(zhuǎn)速（n）與電樞電壓（U）、勵磁電流（If）及負載轉(zhuǎn)矩（T）的關(guān)系可用公式表示：

n = (U - Ia·Ra)/(Ke·Φ)

其中，Ia為電樞電流，Ra為電樞電阻，Ke為電動勢常數(shù)，Φ為磁通量。

轉(zhuǎn)矩特性：轉(zhuǎn)矩（T）與電樞電流（Ia）和磁通（Φ）成正比（T = Kt·Φ·Ia），通過調(diào)節(jié)電壓或勵磁可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速。

2. 良好的調(diào)速性能

寬調(diào)速范圍：通過改變電樞電壓（調(diào)壓調(diào)速）或勵磁電流（調(diào)磁調(diào)速），可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速比可達1:100以上。

響應(yīng)快速：電氣時間常數(shù)小，動態(tài)響應(yīng)快，適合需要頻繁啟?；蚍崔D(zhuǎn)的場合（如機床、電動車）。

3. 換向問題與挑戰(zhàn)

機械換向：依賴電刷和換向器實現(xiàn)電流換向，換向時易產(chǎn)生火花，導(dǎo)致電磁干擾和換向器磨損。

維護需求：需定期更換電刷，清理換向器表面，避免火花加劇引發(fā)故障。

4. 啟動與制動特性

啟動控制：直接啟動時電流極大（可達額定電流的5-7倍），通常需串聯(lián)電阻或采用軟啟動器限制電流。

制動方式：

能耗制動：電樞接電阻，將動能轉(zhuǎn)化為熱能消耗。

反接制動：改變電樞電壓極性，產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩快速制動。

5. 效率與負載特性

效率曲線：輕載時效率低（銅損和鐵損占比高），額定負載附近效率最高（通常85%-95%），過載時效率下降。

功率因數(shù)：運行時功率因數(shù)較高（接近1），對電網(wǎng)無功需求小。

6. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與成本

維護成本高：換向器、電刷需定期維護，復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致制造成本高于交流電機。

環(huán)境適應(yīng)性：換向火花限制了在易燃易爆環(huán)境中的應(yīng)用，需特殊防爆設(shè)計。

7. 與交流電機的對比

優(yōu)勢：調(diào)速平滑、啟動轉(zhuǎn)矩大、控制簡單。

劣勢：換向器限制轉(zhuǎn)速上限（通常≤5000rpm），維護復(fù)雜，成本較高。

總結(jié)

直流電機以其優(yōu)異的調(diào)速性能和可控性在需要精確控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的場合（如電動汽車、起重機、數(shù)控機床）仍有廣泛應(yīng)用，但其機械換向的固有缺陷也推動了無刷直流電機（BLDC）等新型技術(shù)的發(fā)展。