Основной характеристикой двигателя постоянного тока, определяющей его свойства в установившемся режиме, является механическая характеристика
при 
и 
.
Уравнение механической характеристики получается из (6.7)
. (6.8)
На рис. 6.42 представлены механические характеристики при различных способах возбуждения. Механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения при небольшой размагничивающей реакции якоря (
) имеет слабо падающий характер (кривая 1).
Если размагничивающая реакция двигателя параллельного возбуждения велика (поток Ф существенно снижается при увеличении нагрузки), то механическая характеристика будет иметь положительный наклон (кривая 1'). Такая характеристика, как правило, не позволяет получить установившийся режим.
Действительно, запишем уравнение моментов в малых приращениях
.
Решение этого уравнения
,
где С - постоянная, определяемая начальными условиями; 
- разность частных производных электромагнитного и внешнего моментов.
Решение будет устойчивым (
при 
), если 
, т.е. 
.
Для постоянной нагрузки 
характеристика 1' не удовлетворяет этому условию.
В двигателях последовательного возбуждения результирующий поток пропорционален току якоря,
,
а электромагнитный момент пропорционален квадрату тока якоря,
.
С учетом этих соотношений уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения приобретает вид
. (6.9)
Этому уравнению соответствует кривая 2 (рис. 6.42), имеющая гиперболический характер. При 
частота вращения якоря 
, поэтому двигатели последовательного возбуждения не могут работать в режиме холостого хода.
Вместе с тем квадратичная зависимость электромагнитного момента от тока якоря дает важное преимущество двигателям последовательного возбуждения при перегрузках перед двигателями параллельного возбуждения, момент которых является линейной функцией тока 
. Это преимущество особенно существенно при пуске, так как при одном и том же пусковом токе (
) двигатели последовательного возбуждения развивают больший момент, чем двигатели параллельного возбуждения. Поэтому двигатели последовательного возбуждения получили широкое применение на транспортных установках, где пусковой режим является одним из основных режимов работы.
Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (кривая 3 рис. 6.42) занимает промежуточное положение. Обладая близкими с двигателями последовательного возбуждения свойствами при перегрузках, двигатели смешанного возбуждения могут работать и при малых нагрузках, что позволяет осуществить рекуперацию энергии в сеть при 
(рис. 6.42), так как машина переходит в генераторный режим (
). Это свойство можно использовать в транспортных установках при движении с горы, создавая тормозной момент и одновременно возвращая в сеть запасенную кинетическую энергию.
