如何根据直流电机的特性曲线来选择适合应用的电机？

给定电机的特性曲线是图表，它使我们能够确定特定速度下的扭矩输出，常规（有刷）直流电机和无刷电机之间有区别，当我们读取刷直流电机的特性曲线时，对于任何给定的转矩，这些曲线显示了相应的转速，从中我们可以特性曲线确定瞬时电流消耗。

特性曲线最主要的参数为电源输入电压V、电流i以及动能输出的转矩T与转速ω，共四项。下面为一常见的电机特性曲线图，其中有在X轴部分为转速Speed(RPM)，在Y轴部分则有电流Current(A)、输入功率Input Power(W)、转矩Torque(N-m)、输出功率Output Power(W)及效率Efficiency(%)，后面括号内为单位符号。

为了说明，对于上边的电机，传递10Nm的扭矩，相应的转速为220转/分，在此转速下，电机消耗大约12A的电流。这张图表还告诉我们，这种转矩、速度和功率不是这种类型的电机的最佳值。这是因为当电机以或多或少的最大效率运行时，标称（即最佳）值适用。由于在实际操作中，电机的工作点并不总是与这些值一致，因此效率会降低，因此在实际操作中，电机的运行温度往往会高于预期。

需特別注意，电机输入电源分为电压及电流两部分，但在上图当中没有电压信息表示，因为电压一般皆为固定值，不会特別变动。在实际使用上，可能因为电源不稳定，会产生输入电压压降，若没将电压信息一同列入图表中，将造成输入功率及效率运算错误的情况。

上表则将电源电压信息一一列出，且还加入了功率因数PF的检测，观察表格中的转矩信息可发现其使用的单位为Kg-cm公制格式，与图1所采用的N-m不同，但皆为常见的转矩单位，其换算单位如下式所示。

1(N-m)=10.197(kg-cm)

在一般的量测系统使用中，电机输入电压、电流、输出转矩及转速信息依靠量测设备直接取得，电气参数可使用电力分析仪，机械参数则依靠转矩及转速计获得，其余参数，如输入、输出功率、效率及功因则为数学计算所得。

电机输入功率Input Power(W)

已知正常使用下输入电压为固定值，则常见的电机输入电流与转速变化关系如下所示

其中：最大电流值为imax或称堵转电流，数学方程式如下

其中：R0为电机电阻值，而输入电流最小值imin，或称无载电流值，其位置对应到无载转速处，表示公式如下

其中ke为反电动势常数。

电机输入功率即为输入电压及电流之乘积，已知电机输入电压为固定值，因此输入功率值将随电流变化，其曲线图亦为一条斜直线，其计算公式如下，

将此数学关系式绘制永磁电机输入功率与转速关系示意图。

电机输出功率Output Power(W)

将电机输出转矩及转速关系取出，则如下面(本图系以永磁电机作为说明例)所示。其中，当转矩接近零时，电机输入能量完全转换为转速输出，称之为无载转速，当电机转速趋近于零时，输入能量则完全提供为转矩输出，称为堵转转矩。

获得电机转矩与转速信息后，将转矩乘上转速即为电机输出功率，如下式

其中Pout为永磁电机输出功率。

注意单位关系，输出功率的单位为(W)，则此处计算的输入转矩单位应为(kg-cm)，而转速信息的单位应为角速度(rad/sec)。将此数学关系式绘制永磁电机输出功率与转速关系示意图。

电机效率Efficiency(%)

获得电机输入功率及输出功率后，将输出功率除以输入功率即为电机转换效率，其计算公式如下

将此数学关系式绘制永磁电机效率与转速关系示意图

有了以上的计算结果，故可知电机特性曲线图一般会提供下列类型之电机参数关系图：电流-转速、输入功率-转速、转矩-转速、输出功率-转速及效率-转速关系图，以转矩作为X轴的表示设定。

结论

电机制造商的产品目录通常是电机特性的“理想化”表示，意识到这一点不会冒险太接近下限和上限。

无刷类型的电机的电流是电子控制的，它能提供了在“超速”状态下短时间运行电动机的能力，提供更高的电流，有时超过额定电流的三倍，这会产生更多的热量。在其工作周期内经常以“超速”运行的任何电机也具有更短的允许运行时间。在极低的速度下，马达控制器不能很好地工作，特别是在极数较少的电机中，低速时每转的转矩波动非常剧烈，使电动机无法平稳运动。这些电机的下限约为额定转速的1/8，如果需要更低的速度，解决方案是使用变速箱。