在直流传动电力机车中，一般采用串励牵引电机。由于串励电机的特性很软，若作为发电机运行，输出电压稳定性很差，因此在进行电气制动时需将串励电机改为他励电机。
一、电阻制动的基本原理
采用他励电阻制动时，首先切断牵引电机电枢与电网的连接，使电枢绕组与制动电阻结成回路，励磁绕组则由其他电源供电，并且励磁电流方向与牵引时相反，以改变电磁转矩方向。电机作他励发电机运行，其工作原理如图2.8所示。
图2.8 他励电阻制动原理
二、电阻制动特性
制动特性是指制动力B与机车速度 v之间的关系，即 B＝f (v)。当他励发电机进入稳定工作状态时，电势平衡方程式为：
由此得出机车电阻制动时的速度表达式为：
将电机的制动转矩T=CTΦIz换算为机车轮周制动力B则有：
由速度特性表达式（2.7）和制动力特性表达式（2.8）可求出机车电阻制动时，制动力-速度表达式为：
式（2.9）表明，对于某一固定的励磁电流（即Φ值固定），制动力B与速度v成正比，并且励磁电流越大，特性曲线越陡，如图2.9所示，图中IL4＞IL3＞IL2＞IL1，说明他励电阻制动具有机械稳定性，随着机车速度的增加其制动力也增加。
由图2.9 可知保持励磁电流为常量（即Φ值固定），机车速度越高，制动力越大，制动效果越明显；机车速度越低，制动力越小，故电阻制动一般不能用于制停。
如果保持制动电流 Iz为常量，此时机车制动力-速度表达式为：
图2.9 电阻制动特性曲线
式（2.10）表明，制动电流 Iz保持恒定时，机车制动力B与机车速度v成反比，特性曲线为一双曲线，且 Iz3＞Iz2＞Iz1，制动力在很宽的范围内随速度的升高而降低，因而不具有机械稳定性。
由以上分析可知，制动力的大小可以通过两种方法来改变：一是改变励磁电流以改变牵引电机磁通，二是改变制动电流。
三、电阻制动的工作范围
直流传动电力机车在制动时，由于受机车速度、制动电流、励磁电流等因素的限制，只允许在一定范围内使用电阻制动，其工作范围如图2.10所示。
（1）最大励磁电流的限制。OA′ 线的右下方为励磁电流的允许工作区域。若超过此限制值，励磁绕组会发热烧损。此外磁路饱和，磁通增加不明显，调节效果不明显。
（2）最大制动电流的限制。最大制动电流是根据牵引电机电枢绕组、制动电阻的允许发热容量而定的。由于牵引电机热容量大，因此最大制动电流一般取决于制动电阻的热容量。
（3）黏着力的限制。计算制动时的黏着系数应比牵引时低 20%。如果制动力大于此值会造成滑行。
（4）牵引电机换向条件的限制。牵引电机安全换向取决于电抗电动势 er和片间最高电压UHmax，前者可能引起火花，后者可能引起环火。
（5）机车构造速度的限制。主要受机车走行部机械强度限制，实际上还可能受线路允许速度的限制。
图2.10 电阻制动的工作范围
综合以上 5个限制条件，可以获得直流传动电力机车在电阻制动时的工作范围OABCDE，其制动特性是按照制动电阻等于固定阻值时取得的。制动工作范围所限定的面积等于制动功率，该面积越大，表示制动功率越大，调节范围越大。
四、电阻制动的控制方式
电阻制动的工作范围受到以上5个因素的限制，但在允许的工作范围内，究竟采用何种制动控制方式，则要根据实际需要来决定。
1.恒磁通控制
恒磁通控制是指他励电机的励磁电流固定，制动力的调节依靠制动电阻的大小来进行，由于这种控制方式是有级调速，速度调节不连续，并且电路比较复杂，在直流传动电力机车上不单独使用，而仅作为一种弥补手段。在低速区域制动力明显不足时，为扩大机车制动力，可短接（减少）一部分制动电阻，进行分级电阻制动。
2.恒电流控制
恒电流控制是指保持制动电流不变，制动力的调节依靠调节他励电流来实现，机车特性呈恒功率曲线，此种方式能够充分利用机车的制动功率，但机械稳定性差，工作特性使用范围受限，机车在低速区一般采用此种控制方式。
3.恒速控制
恒速控制是指随着外界加速度的变化相应地调节电机的励磁电流，使机车制动时保持恒定速度，实现恒速下坡。例如机车在长大下坡道上运行，欲使机车以某一速度恒速下坡，首先司机给定机车速度为某恒定值，若机车速度高于给定值，则加大励磁电流，使机车制动力增加，迫使机车速度下降；若机车速度低于给定值，则减小励磁电流，使机车制动力减小，机车速度会自动上升。
比较以上 3种控制特性，恒速制动是一种较为理想的制动特性，对稳定列车下坡速度，提高平均速度十分有利。但其所需的制动功率要足够大，由于受制动功率的限制，较难满足要求，因此机车一般采用准恒速制动。
五、电阻制动的不足及克服方法
从制动特性曲线可以看出电阻制动最大的缺点是：低速时制动力直线下降，制动效果不明显。因此，电阻制动不能完全代替空气制动，一般只能作为减速制动，不能作为停车制动。为了提高低速时的制动力，直流传动电力机车一般采用下述两种方法。
1.分级电阻制动
利用改变制动电阻阻值来改变制动特性，即将制动电阻分成若干级，低速时由于发电机电势随机车速度（电机转速）的降低而正比地降低，对于一定的制动电阻，制动电流也正比减小，因而不能维持一定制动力时所需的电流，若将制动电阻短接一部分，则尽管由于机车速度的降低使发电机电势下降，但由于制动电阻的减小，制动电流仍能保持较大的值，以维持低速时有较大的制动力。例如 SS3型电力机车制动电阻 Rz分成 1.000 52 Ω和0.60 Ω 两级，低速时制动力扩大近 1 倍，如图2.11所示。图中虚线表示“低速制动”时的制动特性。
2.加馈电阻制动
加馈电阻制动又称“补足”电阻制动，电阻制动在低速区由于制动电流减小而使制动力下降，为了维护制动电流不变，克服机车制动力在低速区减小的状况，在制动回路外接附加制动电源来补足。其原理如图2.12（a）所示。
图2.11 SS3型电力机车电阻制动特性曲线
图2.12 加馈电阻制动原理
根据图2.12（b）可以列出电压平衡方程式为：
推导出制动电流为：
由于需要根据实际制动电流及时补足发电机电势减少部分，故要求附加制动电源连续可调。一般相控调压的电力机车不另设加馈电源，而是使用牵引时整流调压电路在制动工况作为加馈电源。
根据图2.12（b），表达式（2.12）又可改写成：
调节半控整流电路中晶闸管的移相角 α 可以调节加馈电源输出，及时补足制动电流的减小，使制动电流维持不变。显然，加馈电阻制动时需要消耗部分电网能量，有计算表明，所需外加制动功率几乎与机车额定功率相等。
从理论上讲，加馈电阻制动可使机车制停，而实际上由于牵引电机换向器不允许在机车速度很低时，长时间流过额定电流，以防止换向器过热而烧损。故在机车速度低于一定值时，应切除加馈电阻制动，改用空气制动使机车停车。
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