所谓励磁调节，就是通过调节流过牵引电动机主极绕组的励磁电流，从而改变牵引电动机主极磁通的方法来进行调速，亦称磁场削弱调速。
一般情况下，要进行磁场削弱调速，是在牵引电动机端电压已达到额定电压，而牵引电动机电流尚未达到额定时实施。磁场削弱的目的是扩大机车的运行范围，充分利用机车功率。
本节主要讨论磁场削弱系数的确定，磁场削弱的方法以及磁场削弱时的机车特性。
一、磁场削弱系数
磁场削弱系数用β表示，磁场削弱系数定义如下：
在同一牵引电动机电枢电流下，磁场削弱后(削弱磁场)牵引电动机磁势与磁场削弱前(满磁场)牵引电动机磁势之比。其表达式为：
(2-2)
式中 (IW)β——磁场削弱后磁势;
(IW)m——磁场削弱前(满磁场)磁势。
它表明了牵引电动机主极磁势削弱的程度。例如β=40%即表示削弱后电机主极磁势仅为削弱前电机主极磁势的40%，其余60%被削弱掉了。β愈小，则表明磁场削弱愈深。当电机磁路不饱和时，可以用磁通代替磁势，当电机磁路饱和后，不能用磁通代替磁势，两者的差别较大。
二、磁场削弱的方法
根据式(2-2)，磁场削弱的方法可以有以下两种：
1.改变励磁绕组匝数
可将牵引电动机励磁绕组分段，通过改变牵引电动机励磁绕组的有效匝数，使牵引电动机电枢电流只通过一部分励磁绕组(有效匝数)，来进行磁场削弱，此时磁场削弱系数β的表达式为：
式中 Im=Ia——牵引电动机电枢电流;
Wβ——牵引电动机磁场削弱后励磁绕组匝数(有效匝数);
Wm——牵引电动机满磁场时励磁绕组匝数。
由上式可以看出，采用励磁绕组分段进行磁场削弱时，磁场削弱系数β仅与绕组分段的匝数比有关，与电流值无关。
通常直流电力机车可以利用牵引电动机励磁绕组分段法进行磁场削弱调速。采用励磁绕组分段法的优点是磁场削弱系数精确，但使电机内部结构复杂。一般采用电机串-并联转换法获得，但用此法获得的磁场削弱级数有限，并要求各电机励磁绕组的电阻值精确，否则，电机励磁绕组电阻值的微小差别，都将引起电机磁场削弱系数不一致。
采用励磁绕组分段法进行磁场削弱的原理如图2-1所示。
图2-1 励磁绕组分段法原理图
图中W1+W2为励磁绕组，K1、K2为分段开关
2.改变励磁绕组的电流
改变励磁绕组的电流，也就是使牵引电动机电枢电流中的一部分流过牵引电动机的励磁绕组，从而完成磁场削弱。此时磁场削弱系数β的表达式为：
式中 Iβ——牵引电动机磁场削弱后流过励磁绕组的电流;
Im——牵引电动机满磁场时流过励磁绕组的电流，即电枢电流。
改变励磁绕组的电流可以用以下几种方法：
(1)电阻分路法(磁场分路法)
电阻分路法就是在励磁绕组的两端并联电阻进行分路，从而达到削弱磁场的目的，原理如图2-2所示。
满磁场时，接触器K未闭合，此时牵引电动机电枢电流Ia全部流过励磁绕组，ILm=Ia，其磁势为IaW;削弱磁场时，接触器K闭合，磁场削弱电阻R1并在励磁绕组两端，对励磁绕组起分流作用。此时电枢电流分为两路，一路流过电阻R1的电流IR，另一路流过励磁绕组的电流IL，此时Ia=IR+ILβ，磁势为ILβW，此时磁场削弱系数β的表达式为：
上式说明，β值的大小仅与两支路中电流分配有关，而与电机励磁绕组匝数无关。若设励磁绕组电阻为R，因为ILR=IRR1，且Ia=IL+IR，所以导出下式：
(2-3)
式(2-3)说明β值取于励磁绕组阻值与分路电阻阻值。对确定的牵引电动机来说，励磁绕组阻值为定值，因此，分路电阻值R1的数值就决定了磁场削弱系数β的大小。要改变磁场削弱系数，只须改变分路电阻阻值即可。
图2-2 电阻分路法原理图
电阻分路法因为电路结构简单，磁削系数调节非常方便，同时附加电能损耗很小，调速后的效率不致降低，是一种经济的调速方法，因而在电力机车上得到广泛的应用。应当指出，电阻分路法要求各电机的分路电阻值必须精确一致，否则会造成各电机的β值不同，磁场削弱程度不一致。同时应当特别注意的是上述关于磁场削弱系数β的讨论是在电路稳定工作状态下进行的，当电路处在过渡过程时，应充分考虑励磁绕组的电感值。例如，当网压波动时，如网压突然上升造成机车工作电流突增，使电机电枢电流增加，励磁绕组的自感电势将阻止流过绕组的电流增长，而分路电阻支路没有电感元件，故电机中增加的电流大部分从分路电阻R1中流过。这样主极磁场便不能很快加强，造成反电势不足，致使电机严重过载，电枢电流过大，还有可能引起牵引电机环火。
(2)磁感应分路法
为了弥补电阻分路法的不足，采用在分路电阻支路串入适当的电感线圈，使磁削时分路支路的电路性质与励磁绕组的属性一致，便能顺利度过过渡过程。这种磁场削弱方法称为磁感应分路法，其原理如图2-3所示。目前，SS6B型电力机车就采用这种方法。
无论采用励磁绕组分段法或电阻(磁感应)分路法磁削，通过改变励磁绕组的段数或改变分路电阻值，均可得到不同的削弱系数，获得不同程度的磁场削弱，但是若磁场削弱时由满磁场一次过渡到最深度的削弱磁场，就会产生很大的电流冲击和牵引力冲击。因此，通常采用分级磁削。级数越多，磁场削弱时电流和牵引力的冲击越小;但是级数过多会造成控制线路复杂，附加设备增多，故一般磁场削弱取三级左右。从充分利用机车粘着的角度看，即使分级磁场削弱仍会造成负载电流的冲击，使机车特性不连续，对牵引电机运行带来不利影响，同时影响机车粘着的充分利用。
图2-3 磁感应分路法原理图
(3)无级磁场削弱法
无级磁场削弱就是利用晶闸管元件的连续、实时、可控，对牵引电动机的励磁电流根据要求的β值进行分路，从而达到无级削弱磁场的目的，此种方法也称晶闸管分路法。利用晶闸管分路法可以使牵引电动机进行平滑无级的磁场削弱。法国的8K型机车，国产的SS5、SS8、SS9型准高速机车均采用无级磁场削弱，原理如图2-4所示。
图中变压器副边绕组为a2x2，整流电路T1、T2、D1、D2、D3、D4采用半控桥，分路晶闸管为T3、T4，平波电抗器为L，牵引电机M的励磁绕组为C1C2，电枢绕组为A1A2，固定分路电阻为RSH，其工作原理以交流电压一个周波为例，分析如下：
图(a)为满磁场、半控桥满开放时的工作情况。
正半周a2为高电位时，半控桥T1、D2、D3导通;负半周x2为高电位时，半控桥T2、D4、D1导通，分路晶闸管T3、T4均不参与工作，此时半控桥整流输出的电压全部施加于平波电抗器L、电机的电枢绕组、电机励磁绕组和固定分路电阻RSH上。见图(a)。
图(b)、(c)为磁场削弱、半控桥满开放时的工作情况。
正半周a2为高电位时，见图(b)，半控桥仍为T1、D2、D3导通，分路晶闸管T4在ωt=α时刻触发，由于T4加有正向电压，其值等于磁场绕组两端电压，故触发T4导通。而半控桥中的二极管D3由于T4的导通而承受反向电压迅速截止。在ωt=α～π之间，T4一直导通，导通角为θ。此时，电枢电流Ia经分路晶闸管T4，半控桥的T1、D2，变压器副边绕组a2、x2构成回路。不经过励磁绕组和固定分路电阻。励磁电流iF仅靠励磁绕组中的电感作用与固定分路电阻RSH构成续流电路。
图2-4 晶闸管分路法原理图
负半周x2为高电位时，见图(c)，因为半控桥工作在满开放状态，所以当ωt=π时，T2触发，T2、D1、D4导通，T1、D2自然关断。当ωt=π+a时，T3触发导通，T4关断。在ωt=(π+a)～2π之间，电枢电流Ia经T3短路，励磁绕组仍与固定分路电阻自成续流回路。
磁场削弱系数
(2-4)
上式说明只要调节分路晶闸管的导通角θ就可以连续调节磁场削弱系数，由于分路晶闸管靠电源电压过零点自然换流，为了获得磁场削弱系数，就要求半控桥必须满开放工作。
使用励磁调节方法调节机车速度是以牵引电机主极磁场的减少来获得机车的高速运行的，并且磁场削弱越深，机车的速度越高。但是磁场削弱深度是有限的，否则由于牵引电机主极磁通过分削弱，在机车高速运行、大电流情况下会使牵引电机的换向恶化，容易发生电机的环火。因此，一般情况下脉流牵引电机的最小磁场削弱系数βmin应该在0.35～0.40之间。实用值为0.44～0.50，保留一定的裕量。
三、磁场削弱下的机车特性及其应用
电力机车的牵引电动机在额定电压下和满磁场时的机车速度特性、牵引力特性和牵引特性前面已经做过介绍。牵引电动机实施磁场削弱后的机车基本特性与满磁场时不同。下面分析牵引电机磁场削弱时的机车特性，以及与满磁场时的机车特性之间的关系。
1.磁场削弱时机车的速度特性
已知机车满磁场时速度特性为：
(2-5)
磁场削弱时机车速度特性为
(2-6)
上两式中 Vm、Vβ——分别为牵引电动机满磁场、磁场削弱时的机车运行速度;
Um、Uβ——分别为牵引电动机满磁场、磁场削弱时的端电压;
Im、Iβ——分别为牵引电动机满磁场、磁场削弱时的电枢电流;
φm、φβ——分别为牵引电动机满磁场、磁场削弱时的主极磁通量。
假设磁场削弱前后电机主极磁通φβ=φm，若牵引电动机端电压恒定，即UD=常数，如果φβ=φm，则Vβ=Vm，根据公式(2-5)、式(2-6)得出：
(2-7)
若牵引电动机端电压随负载变化，即UD=f(Ia)，如果φβ=φm，则根据公式(2-5)、式(2-6)得出：
(2-8)
式(2-7)表明了，在绘制特性曲线时，只要把恒电压下满磁场时机车速度特性曲线各点的横坐标加大1/β倍，就可以得到恒电压下磁场削弱系数为β时的机车速度特性曲线。有几个磁场削弱级就有几条速度特性曲线。具体作图方法、步骤如图2-5(a)箭头所示。图中已知恒电压下满磁场时机车速度特性曲线1，OC为辅助线，并且
。
。
图2-5 磁场削弱下的机车速度特性
(a)UD=C; (b)UD=f(Ia)
若用式(2-8)中公式计算法，求牵引电动机端电压随负载变化时磁削系数为β的机车速度特性是比较复杂的，并且必须应用牵引电动机外电压特性UD=f(Ia)，如果用作图法，就要方便得多，见图2-5(b)。图中已知牵引电动机外电压特性UD=f(Ia)，满磁场时机车速度特性曲线1，OC为辅助线。
2.磁场削弱时机车的牵引力特性
满磁场时机车牵引力特性为
(2-9)
磁场削弱时
(2-10)
假设磁场削弱前后电机主极磁通φβ=φm，则
(2-11)
图2-6 磁场削弱下的机车牵引力特性
因为机车牵引力特性与电机端电压无关，故在前述恒电压和变电压两种情况下牵引力特性均由式(2-11)求得。图2-6用箭头清楚地表示了磁场削弱时机车牵引力特性曲线的作图方法。图中曲线1为满磁场时机车的牵引力特性曲线，曲线2为所求出的磁场削弱时机车牵引力特性曲线。注意：求取特性曲线前，应首先作出辅助线OB、OD，且
，
。
3.磁场削弱时机车的牵引特性
由满磁场机车牵引特性曲线求磁场削弱时机车牵引特性曲线时也分两种情况。
(1)牵引电动机端电压恒定时(UD=C)，假设磁场削弱前后电机主极磁通量相等，则下述四式成立。
(2-12)
(2)牵引电动机端电压随负载变化时UD=f(Ia)
假设磁场削弱前后电机主极磁通量相等，则下述四式成立;
(2-13)
图2-7 磁场削弱下的机车牵引特性
(a)UD=C (b)UD=f(Ia)
依据式(2-12)、式(2-13)，可按图2-7所示箭头顺序求出磁场削弱级机车牵引特性曲线，图2-7(a)中已知1为满磁场时机车的牵引特性曲线，OD为辅助线，3即为恒电压下磁场削弱时机车的牵引特性曲线。图2-7(b)中已知1为满磁场时机车牵引特性曲线和牵引力特性曲线，2为磁场削弱时机车的牵引力特性曲线，3为磁场削弱时机车的速度特性曲线，OC、OD为辅助线。在此需注意，为了作图求取机车牵引电动机端电压随负载变化时的牵引特性曲线，需用到磁场削弱前后的机车速度特性曲线。为此，在求出速度特性曲线3后，可在第二象限作出机车的牵引特性曲线4。
图2-5、图2-6、图2-7示出了在恒电压以及变电压条件下，机车在磁削前后的速度特性、牵引力特性、牵引特性。应当指出，由满磁场机车特性曲线运用作图法求取磁场削弱时机车特性曲线的方法虽然简便，但却是近似的，只有在β大于0.5时比较准确。因为在数学推导过程中，我们忽略了电阻压降，牵引力损失以及电枢反应等因素的影响。如果要求作出比较精确的机车特性曲线，应根据电机的磁化曲线φ=f(Ia)，按照磁场削弱时机车的特性公式逐步计算，然后得出机车的特性曲线。
从图2-5可以看出，磁削后机车的速度特性曲线，是在满磁场速度特性曲线的上方，它们的曲线形状基本相似，而且磁场削弱愈深，则曲线位置愈高。这从公式 
中显然可以看出，因为当UD，Ia不变时，φ愈小，则V愈高。
图2-6可以看出，磁场削弱后的牵引力特性在满磁场曲线的下方。
下面参阅图1-5说明特性曲线的应用。假定机车在a点稳定运行，这时对机车实施一级磁场削弱。在磁削后的很短时间内，机车速度由于惯性而基本保持不变，所以工作点平移至一级磁削后的速度特性β1曲线上b点，电机电流由Ia突增至Ib。在磁场削弱后的瞬间，一般要求Ib不大于牵引电动机的持续电流IN∞,以免电机过热。通常根据这一条件来限制β1的值。因为若磁削加深(β1减小)，则β1曲线大致向上平移，Ib也就可能增大至超过IN∞值。
一级磁削后，若运行阻力不变，机车会自动加速。电枢电流下降，工作点将沿β1曲线由b点向左移动，直至机车牵引力与阻力相等，达到新的稳定工作点c，机车维持在更高的速度上稳定运行。
综上可知，当机车牵引电动机由满磁场运行转换为磁场削弱级运行时，这个过程是很短暂的。而此时机车由于巨大的惯性速度来不及变化，因此磁场削弱后电机的反电势减小，电枢电流将增加，机车的输出功率和牵引力均有所提高，对应图2-7。这时若列车运行阻力不变，则机车牵引力不变，机车速度便可提高，如在平道运行实施磁场削弱可提高运行速度。若在上坡道实施磁场削弱，则机车可增大牵引力而保持牵引速度不变，即所谓恒速爬坡。因此，使用磁场削弱法调节机车速度，不仅可提高机车运行速度，机车功率将发挥得更加充分，并且磁场削弱越深，机车功率提高越多。