Механическая энергия в этих тормозах преобразуется в электрическую. Так как электрические машины обратимы, то в случае питания электроэнергией от внешнего источника тока они работают в режиме электрического двигателя и преобразуют электрическую энергию в механическую. Обычно используют электрические машины постоянного тока. При работе их в тормозном режиме (в режиме генератора) ток поступает в обмотку возбуждения, вокруг которой появляется магнитное поле. При вращении якоря (ротора) в его обмотке возникает электродвижущая сила. Ток якоря своим магнитным полем противодействует вращению якоря, а следовательно, и вращению вала испытываемого двигателя. На статоре при этом возникает реактивный момент, равный крутящему моменту двигателя. Изменение тормозного момента осуществляется путем изменения силы тока в обмотках возбуждения. Электрическая энергия, вырабатываемая электрическим тормозом при работе в тормозном режиме, поглощается нагрузочными реостатами или передается в общую электрическую сеть, что позволяет утилизировать механическую энергию испытываемого двигателя.

При работе электрической машины в режиме электрического двигателя (например, для пуска двигателя или снятия его тормозных характеристик) ток подается как в обмотку возбуждения, так и в цепь якоря. В результате взаимодействия магнитных полей якоря и статора на якоре возникает крутящий момент, а на статоре — реактивный момент, направленный в сторону, противоположную направлению вращения якоря.

Зависимость тормозной мощности от частоты вращения определяется характеристикой тормоза. Область возможных режимов работы тормоза ограничивается внешней характеристикой — контуром OABCDO для гидротормоза и ОА’В’С’О для электро-тормоза.

Участок OA соответствует работе гидротормоза при максимально разведенных заслонках или при полном заполнении водой. На этом участке тормозная мощность изменяется по кубической зависимости от частоты вращения: РТ = an3, где а — коэффициент пропорциональности.

В точке А тормозной момент достигает максимального значения. Дальнейшее увеличение поглощаемой мощности возможно только при постоянном максимальном моменте, который поддерживается путем прикрытия заслонок или уменьшения расхода воды.

В точке В поглощаемая мощность ограничивается допустимой температурой воды. Дальнейшее повышение частоты вращения возможно при сохранении мощности двигателя постоянной, а следовательно, уменьшении крутящего момента пропорционально росту частоты вращения. Это достигается сближением заслонок или уменьшением расхода воды.

В точке С частота вращения ограничена прочностью ротора. На участке CD крутящий момент и мощность уменьшаются пропорционально. Линия OD соответствует изменению тормозной мощности, затрачиваемой на трение в подшипниках и ротора о воздух при отсутствии воды в гидротормозе.

В электро-тормозе при максимально допустимой силе тока в обмотке возбуждения тормозная мощность в зависимости от частоты вращения изменяется по линии OA’, которая описывается уравнением квадратичной параболой.

В точке А’ тормозная мощность ограничивается допустимой температурой нагрева обмоток якоря. Для дальнейшего повышения частоты вращения по линии А’В’ необходимо снижать крутящий момент путем увеличения сопротивления в цепи якоря или уменьшения силы тока возбуждения. Ограничение частоты вращения в точке В обусловлено механической прочностью обмотки якоря.

Линия СО соответствует тормозной мощности, поглощаемой электро-тормозом, при отсутствии тока возбуждения.

Тормоз считается пригодным для испытания данного двигателя, если внешняя характеристика двигателя полностью вписывается в поле, ограниченное внешней характеристикой тормоза. В этом случае тормоз обеспечивает испытание двигателя на всех возможных режимах его работы.

Для измерения крутящего момента, развиваемого двигателем, используются механические, гидравлические и электрические динамометры.

Одним из наиболее совершенных и наиболее применяемых является механический квадрантный динамометр. Он имеет два маятника, укрепленных на кулаках-квадрантах, которые подвешены на тонких стальных лентах. Измеряемое усилие F через балансир передается кулакам, конструктивно объединенным с квадрантами.

При отсутствии силы F маятники занимают положение, показанное штриховой линией, их центры тяжести лежат на одной вертикали с точкой крепления ленты. Под влиянием силы F, которая передается от рычага статора тормоза, маятники совершают сложное движение, перекатываясь по стальным лентам квадрантами, отклоняясь от положения равновесия. Балансир, к которому приложена сила F, сместится при этом вниз. При перемещении балансира связанная с ним зубчатая рейка поворачивает стрелку, по положению которой производится отсчет показаний динамометра. По измеренной с помощью динамометра силе F определяется крутящий момент, развиваемый двигателем (в Н), где F — сила, измеренная динамометром.