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，主要體現在以下幾個方面：

1. 轉速與轉矩的線性關系

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

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，Φ為磁通量。

轉矩特性：轉矩（T）與電樞電流（Ia）和磁通（Φ）成正比（T = Kt·Φ·Ia），通過調節電壓或勵磁可實現恒轉矩或恒功率調速。

2. 良好的調速性能

寬調速范圍：通過改變電樞電壓（調壓調速）或勵磁電流（調磁調速），可實現無級調速，調速比可達1:100以上。

響應快速：電氣時間常數小，動態響應快，適合需要頻繁啟停或反轉的場合（如機床、電動車）。

3. 換向問題與挑戰

機械換向：依賴電刷和換向器實現電流換向，換向時易產生火花，導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，將動能轉化為熱能消耗。

反接制動：改變電樞電壓極性，產生反向轉矩快速制動。

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：運行時功率因數較高（接近1），對電網無功需求小。

6. 結構復雜性與成本

維護成本高：換向器、電刷需定期維護，復雜結構導致制造成本高于交流電機。

環境適應性：換向火花限制了在易燃易爆環境中的應用，需特殊防爆設計。

7. 與交流電機的對比

優勢：調速平滑、啟動轉矩大、控制簡單。

劣勢：換向器限制轉速上限（通常≤5000rpm），維護復雜，成本較高。

總結

直流電機以其優異的調速性能和可控性在需要精確控制轉速和轉矩的場合（如電動汽車、起重機、數控機床）仍有廣泛應用，但其機械換向的固有缺陷也推動了無刷直流電機（BLDC）等新型技術的發展。