步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件，通過控制施加在電機線圈上的電脈沖順序、頻率和數量，可以實現對步進電機的轉向、速度和旋轉角度的控制。配合以直線運動執行機構或齒輪箱裝置，更可以實現更加復雜、精密的線性運動控制要求。步進電機一般由前后端蓋、軸承、中心軸、轉子鐵芯、定子鐵芯、定子組件、波紋墊圈、螺釘等部分構成，步進電機也叫步進器，它利用電磁學原理，將電能轉換為機械能，是由纏繞在電機定子齒槽上的線圈驅動的。通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機中，繞在定子齒槽上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。

步進電機工作原理是什么？

當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。

通常見到的各類電機，內部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關，這叫鐵損。

銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進電機普遍存在發熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。

電機將電能轉換成機械能，步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。

永磁步進電機包括一個永磁轉子、線圈繞組和導磁定子。激勵一個線圈繞組將產生一個電磁場，分為北極和南極，見圖1所示。定子產生的磁場使轉子轉動到與定子磁場對直。通過改變定子線圈的通電順序可使電機轉子產生連續的旋轉運動。

圖2顯示了一個兩相電機的典型的步進順序。在第1步中，兩相定子的A相通電，因異性相吸，其磁場將轉子固定在圖示位置。當A相關閉、B相通電時，轉子順時針旋轉90°。在第3步中，B相關閉、A相通電，但極性與第1步相反，這促使轉子再次旋轉90°。在第4步中，A相關閉、B相通電，極性與第2步相反。重復該順序促使轉子按90°的步距角順時針旋轉。

圖2中顯示的步進順序稱為“單相激勵”步進。更常用的步進方法是“雙相激勵”，其中電機的兩相一直通電。但是，一次只能轉換一相的極性，見圖3所示。兩相步進時，轉子與定子兩相之間的軸線處對直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”步進多提供了41.1%的力矩，但輸入功率卻為2倍。

半步步進電機也可在轉換相位之間插入一個關閉狀態而走“半步”。這將步進電機的整個步距角一分為二。例如，一個90°的步進電機將每半步移動45°，見圖4。但是，與“兩相通電”相比，半步進通常導致15%～30%的力矩損失（取決于步進速率）。在每交換半步的過程中，由于其中一個繞組沒有通電，所以作用在轉子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。

雙極性繞組

雙相激勵介紹了利用一種“雙極性線圈繞組”的方法。每相用一個繞組，通過將繞組中電流反向，電磁極性被反向。典型的兩相雙極驅動的輸出步驟在電氣原理圖和圖5中的步進順序中進一步闡述。按圖所示，轉換只利用繞組簡單地改變電流的方向，就能改變該組的極性。

單極性繞組

另一常用繞組是單極性繞組。其一個電極上有兩個繞組，這種聯接方式為當一個繞組通電時，產生一個北極磁場；另一個繞組通電，則產生一個南極磁場。因為從驅動器到線圈的電流不會反向，所以可稱其為單極繞組。該步進順序見圖6所示。該設計使得電子驅動器簡單化。但是，與雙極性繞組相比，其力矩大約少30%，因為勵磁線圈僅被利用了一半。

四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。

單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.a、b、c所示：

用達林頓管驅動四相步進電機舉例：（兩相步進電機多采用H橋驅動，如L298N和L293D芯片）