步進電機，是一種無刷直流電動機，其將一個完整的旋轉成多個相等的步驟。然后可以命令電動機的位置在不帶任何位置傳感器進行反饋的情況下（開環控制器）移動并保持在這些步驟之一，只要電動機在扭矩和速度方面經過仔細選擇即可。

開關磁阻電機是極數減少的超大型步進電機，通常采用閉環換向。

將直流電壓施加到有刷直流電動機的端子上時，它們會連續旋轉。步進電動機的特性是將一系列輸入脈沖（通常為方波脈沖）轉換為軸位置的精確定義的增量。每個脈沖將軸移動固定角度。

步進電動機實際上具有圍繞中央齒輪狀鐵片排列的多個“帶齒”電磁體。電磁體由外部驅動器電路或微控制器供電。為了使電動機軸轉動，首先，給一個電磁體供電，該電磁體磁性地吸引齒輪的齒。當齒輪的齒與xxx個電磁體對齊時，它們與下一個電磁體稍有偏移。這意味著當下一個電磁體打開而xxx個電磁體關閉時，齒輪會輕微旋轉以與下一個電磁體對齊。從那里開始重復該過程。這些旋轉中的每個旋轉都稱為“步驟”，具有整數旋轉的步驟。這樣，電動機可以旋轉一個精確的角度。

電磁體的圓形排列分為幾組，每組稱為一個相，每組中有相等數量的電磁體。組數由步進電機的設計者選擇。每組的電磁體與其他組的電磁體交錯以形成均勻的布置圖案。例如，如果步進電機有兩個組標識為A或B，并且總共有十個電磁體，則分組方式將為ABABABABAB。

同一組中的電磁體都一起通電。因此，具有更多相位的步進電動機通常具有更多的導線（或引線）來控制電動機。

步進電機主要有三種類型：

1. 永磁步進
2. 可變磁阻步進器
3. 混合同步步進

永磁電動機在轉子中使用永磁體（PM），并通過轉子PM和定子電磁體之間的吸引或排斥來運行。

脈沖以離散步長（順時針或逆時針）移動轉子。如果在最后一步保持動力，則該軸位置仍將保留一個堅固的棘爪。該制動器具有可預測的彈簧剛度和規定的扭矩極限；如果超出限制，則會發生滑移。如果斷開電流，則仍然保留一個較小的棘爪，因此保持軸位置不受彈簧或其他扭矩影響。然后可以在與控制電子設備可靠地同步的同時恢復步進。

可變磁阻（VR）電機具有一個普通的鐵轉子，并基于以下原理運行：最小磁阻以最小間隙出現，因此轉子點被吸引到定子磁極上。混合同步是永磁體和可變磁阻類型的組合，可在較小的尺寸下最大化功率。

VR電機沒有關閉制動器。

兩相步進電機中的電磁線圈有兩種基本的繞組布置：雙極和單極。

單極步進電機具有一個繞組，每個相的中心抽頭。對于磁場的每個方向，繞組的每個部分都接通。因為在這種布置中，磁極可以在不切換電流方向的情況下反轉，所以對于每個繞組，換向電路可以變得非常簡單（例如，單個晶體管）。通常，在給定一個相的情況下，每個繞組的中心抽頭是公用的：每相給出三個引線，而典型的兩相電動機則給出六個引線。通常，這兩個相位公共點在內部相連，因此電動機只有五根引線。

甲微控制器或步進電機控制器可以用來啟動驅動晶體管以正確的順序進行操作，并且這種易用性使單極電機在業余愛好者中很受歡迎；它們可能是獲得精確角運動的最便宜的方法。對于實驗者而言，可以通過在PM電動機中將端子線接觸在一起來識別繞組。如果連接了線圈的端子，則軸很難旋轉。區分中心抽頭（普通線）和線圈端線的一種方法是測量電阻。普通線和線圈端線之間的電阻始終是線圈端線之間電阻的一半。這是因為兩端之間的線圈長度是兩倍，而從中心（普通線）到末端只有一半。一種確定步進電機是否正常工作的快速方法是每兩對短路一次，然后嘗試旋轉軸。每當感覺到高于正常的阻力時。

雙極電動機每相只有一個繞組。為了使磁極反向，需要使繞組中的電流反向，因此驅動電路必須更復雜，通常采用H橋配置（但是有幾種現成的驅動器芯片可用來將其變為A型）。每相有兩個引線，沒有一個是常見的。

兩線圈雙極步進電動機的典型驅動模式為：A + B + A- B-。即以正電流驅動線圈A，然后從線圈A中去除電流。然后以正電流驅動線圈B，然后從線圈B中去除電流。然后用負電流驅動線圈A（通過切換導線，例如用H橋翻轉極性），然后從線圈A去除電流。然后用負電流驅動線圈B（與線圈A的翻轉極性相同）；循環完成并重新開始。

在某些驅動拓撲中，已經觀察到使用H橋的靜摩擦效應。

以比電動機響應能力更高的頻率抖動步進信號將減少這種“靜摩擦”效應。

由于更好地利用了繞組，因此它們比同等重量的單極電動機更強大。這是由于繞組占用的物理空間。單極電機在相同的空間中具有兩倍的導線數量，但在任何時間點僅使用一半的導線，因此效率為50％（或大約70％的可用扭矩輸出）。盡管雙極步進電機的驅動更加復雜，但是驅動芯片的豐富意味著這很難實現。

8引線步進器就像單極步進器，但是引線在內部并沒有連接到電動機的公共端。這種電動機可以以幾種配置進行接線：

• 單極。
• 具有串聯繞組的雙極型。這樣可獲得更高的電感，但每個繞組的電流更低。
• 雙極并聯繞組。這需要較高的電流，但隨著繞組電感的減小，性能會更好。
• 雙相，每相單繞組。此方法將僅在可用繞組的一半上運行電動機，這將減少可用的低速轉矩，但需要的電流較小

具有許多相的多相步進電動機往往具有較低的振動水平。盡管它們更昂貴，但它們確實具有更高的功率密度，并且具有適當的驅動電子設備通常更適合于應用。

步進電機的性能在很大程度上取決于驅動電路。如果定子磁極可以更快地反轉，則轉矩曲線可以擴展到更高的速度，限制因素是繞組電感的組合。為了克服電感并快速切換繞組，必須增加驅動電壓。這進一步導致必須限制這些高壓可能會感應的電流。

電機的反電動勢是通常可以與電感效應相比較的另一個限制。隨著電動機轉子的旋轉，會產生與速度（步進率）成正比的正弦電壓。從可用來引起電流變化的電壓波形中減去此交流電壓。

L / R驅動器電路也稱為恒壓驅動器，因為向每個繞組施加恒定的正或負電壓以設置階躍位置。但是，是繞組電流而不是電壓將轉矩施加到步進電機軸上。每個繞組中的電流I通過繞組電感L和繞組電阻R與施加的電壓V相關。電阻R根據歐姆定律?I = V / R?確定xxx電流。電感L根據電感公式確定繞組中電流的xxx變化率dI / dt = V / L。電壓脈沖產生的電流是作為電感函數的快速增加的電流。這將達到V / R值，并在其余脈沖中保持不變。因此，當由恒壓驅動器控制時，步進電機的xxx速度受到其電感的限制，因為在一定速度下，電壓U的變化速度快于電流I所能承受的速度。簡單來說，電流的變化率為L / R（例如，具有2歐姆電阻的10 mH電感將花費5 ms達到xxx扭矩的約2/3，或者花費約24 ms達到xxx扭矩的99％）。為了在高速下獲得高扭矩，需要具有低電阻和低電感的大驅動電壓。

使用L / R驅動器，只需在每個繞組上串聯一個外部電阻，就可以用較高電壓的驅動器來控制低壓電阻電動機。這將浪費電阻器中的功率，并產生熱量。因此，盡管簡單又便宜，但它被認為是性能低下的選擇。

現代電壓模式驅動器通過將正弦電壓波形逼近電動機相位來克服了其中一些限制。電壓波形的幅度設置為隨步速增加。如果進行了適當的調諧，則可以補償電感和反電動勢的影響，從而相對于電流模式驅動器具有出色的性能，但會以電流模式驅動器更簡單的設計工作（調諧過程）為代價。

斬波器驅動電路稱為受控電流驅動器，因為它們在每個繞組中產生受控電流，而不是施加恒定電壓。斬波器驅動電路最常用于雙繞組雙極電動機，兩個繞組被獨立驅動以提供特定的電動機轉矩CW或CCW。在每個繞組上，將“電源”電壓作為方波電壓施加到繞組上。例如8 kHz。繞組電感使電流平滑，該電流達到根據方波占空比的水平。相對于繞組回路，雙極性電源（+和-）電壓通常提供給控制器。因此，50％的占空比導致零電流。0％會在一個方向上產生完整的V / R電流。100％產生相反方向的全電流。控制器通過測量與繞組串聯的小檢測電阻兩端的電壓來監控此電流水平。這就需要附加的電子設備來感應繞組電流并控制開關，但是與L / R驅動器相比，它允許步進電機以更高的轉矩驅動更高的速度。它還允許控制器輸出預定的電流水平，而不是固定的。為此目的的集成電子設備廣泛可用。

步進電機是多相交流同步電機，理想情況下，它由正弦電流驅動。全步幅波形是正弦波的大致近似值，并且是電動機表現出如此大的振動的原因。已經開發出各種驅動技術來更好地近似正弦驅動波形：這些是半步進和微步進。

在這種驅動方法中，一次僅激活一個相。它具有與全步驅動相同的步數，但電動機的扭矩將xxx低于額定值。很少使用。上面顯示的動畫人物是波浪驅動電機。在動畫中，轉子有25個齒，需要四個步驟才能旋轉一個齒位置。因此，每旋轉一圈將有25×4 = 100步，每步將為360/100 = 3.6度。

這是全步驅動電機的常用方法。兩相始終處于接通狀態，因此電動機將提供其xxx額定轉矩。一相關閉時，另一相打開。波形驅動和單相全步都是相同的，步數相同，但轉矩不同。

半步進時，驅動器在兩相接通和單相接通之間切換。這增加了角分辨率。電機在全步位置（僅單相打開）的扭矩也較小（約70％）。這可以通過增加有源繞組中的電流進行補償來緩解。半步進的優點是驅動電子設備無需更換即可支持它。在上面顯示的動畫圖中，如果將其更改為半步，則將需要8步才能旋轉1個牙齒位置。因此，每旋轉一圈將有25×8 = 200步，每步將為360/200 = 1.8°。每步的角度為整步的一半。

通常被稱為微步進的通常是正弦余弦微步進，其中繞組電流近似于正弦交流波形。斬波驅動電路是實現正弦余弦電流的常用方法。正弦余弦微步進是最常見的形式，但也可以使用其他波形。不管使用什么波形，隨著微步長變小，電動機的運行將變得更加平穩，從而xxx降低了電動機可能連接到的任何部分以及電動機本身的共振。分辨率將受機械靜摩擦，反沖和電機與終端設備之間其他錯誤源的限制。齒輪減速器可用于提高定位分辨率。

減小步長是步進電機的重要功能，也是在定位中使用它們的根本原因。

示例：許多現代混合式步進電機的額定值使得每整步的行程（例如，每整步1.8度或每轉200整步）將在每其他整步行程的3％或5％之內，電機在其指定的工作范圍內運行。幾家制造商表明，隨著步距從完全步進減小到1/10步進，他們的電動機可以輕松地保持步進行程大小的3％或5％相等。然后，隨著微步除數的增加，步長的可重復性降低。在減小大步長的情況下，有可能在根本沒有任何運動發生之前發出許多微步命令，然后運動可以“跳到”新位置。

步進電機可以看作是同步交流電機，其極數（在轉子和定子上）都增加了，請注意它們之間沒有公分母。此外，在轉子和定子上帶有許多齒的軟磁性材料便宜地增加了極數（磁阻電機）。現代步進機采用混合設計，既具有永磁體又具有軟鐵芯。

為了達到xxx額定轉矩，步進電機中的線圈必須在每個步驟中達到其xxx額定電流。運動的轉子產生的繞組電感和反電動勢往往會抵抗驅動電流的變化，因此隨著電動機的加速，在全電流下花費的時間越來越少，從而降低了電動機的轉矩。隨著速度的進一步提高，電流將不會達到額定值，最終電動機將停止產生扭矩。

這是步進電機在無加速狀態下運行時產生的轉矩的度量。在低速下，步進電動機可以使其自身與所施加的步進頻率同步，并且該引入轉矩必須克服摩擦和慣性。重要的是要確保電動機上的負載是摩擦的而不是慣性的，因為摩擦會減少不必要的振蕩。
插入曲線定義了一個稱為開始/停止區域的區域。進入該區域，可以在施加負載的情況下立即啟動/停止電動機，而不會失去同步性。

通過將電動機加速到所需速度，然后增加轉矩負載，直到電動機失速或失步，來測量步進電動機的拉出轉矩。可以在很寬的速度范圍內進行此測量，并將結果用于生成步進電機的動態性能曲線。如下所述，該曲線受驅動電壓，驅動電流和電流切換技術的影響。設計人員可以在額定扭矩和應用所需的估計滿載扭矩之間包含一個安全系數。

當不通過電驅動時，使用永磁體的同步電動機具有共振位置保持轉矩（稱為制動轉矩或齒槽效應，有時包括在規格中）。軟鐵磁阻磁芯沒有表現出這種行為。