步進電機是一種把電脈衝信號轉換為機械角位移的控制電機，常作為數字控制系統中的執行元件。
一、步進電機分類：
轉子為軟磁材料，無繞組；定、轉子開小齒；步距角小；
轉子是由高導磁材料加工成的齒輪狀轉子，定子是加工成內齒輪狀的鐵芯上繞有線圈。上圖中的轉子節距為45°，定子節距為30°。轉子處於當前圖示位置時，驅動信號Ф 2激發電流流向L2，定子為N極。另外，L2 對面的L2′中流過電流，成為S極。線圈L2、L2′產生的磁動勢，形成以粗線表示的磁路。轉子是用易通過磁通量、易磁化的高磁導率材料製成的，所以形成了最短磁路。其結果是，線圈L2、L2′對應的轉子部分產生圖示的磁極，進而產生箭頭方向的 力（轉矩），作用於轉子。VR式不使用永磁體，理論上步進角可以小到齒輪的加工極限。另外，因為不使 用永磁體，所以適合製成大型電機。但是，正是因為VR式不使用永磁鐵，所以當所有驅動信號關斷時，轉子的保持 轉矩會消失。因此，對於電機空轉有困難的應用，靜止時也要向驅動線圈持續提供保 持電流。
轉子為永磁材料，轉子的極數=每相定子的極數，不開小齒，步距角較大，力矩較大；
由永磁體轉子和繞有勵磁線圈的定子（磁場）構成。
定子由以90°間隔配置的4個線圈L1～L4構成。在圖示狀態下，驅動信號Ф 2激發電流 流過L2，定子鐵芯為N極，轉子的N極、S極分別受到排斥力和吸引力，轉子按順時針 方向旋轉（步進移動）。如果線圈端子Ф1～Ф4通過驅動信號Ф 1～Ф 4按順序驅動，轉子就會連續旋轉。PM式轉子使用的是永磁體，所以即使驅動輸入完全關斷，也具有保持最後狀態 的力（轉矩）。因此，靜止時不需要流過保持電流。為了減小PM式電機的步進角，需要將轉子做成多極結構，電機結構會變複雜。
轉子為永磁體，分為兩段，開小齒，轉矩大，動態性能好，步距角小，但結構複雜，成本高；HB式擁有PM和VR式兩種結構的特點，同時具備：
1）PM式的靜止保持力矩；
2）VR式的微小步距和大轉矩；
永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5°或15°；
反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5°，但噪聲和振動較大；
混合式步進電機有兩相、四相、五相，其中兩相步進角一般為1.8°而五相步進角一般為0.72°。混合式的應用最廣。
二、步進電機型號：
主要有35,39,42,57,86,110等
型號由四部分組成：分別代表機座號、電機類型、相數、轉子齒數；
機座號：即電機外徑如35,39,42,57,86等；
電機類型：BYG-混合式步進電機;BY-永磁步進電機;BC-反應式步進電機;BX- 直線式步進電機；（B-指步進電機；Y-永磁；C-磁阻；X-直線；G-感應線圈）
如：42BYGH34
三、步進電機基本結構：
由轉子（轉子鐵芯、永磁體、轉軸、滾珠軸承），定子（繞組、定子鐵芯），前後端蓋等組成。最典型兩相混合式步進電機的定子有8個大齒，40個小齒，轉子有50個小齒；三相電機的定子有9個大齒，45個小齒，轉子有50個小齒。
四、步進電機主要參數：
相數：指的是電機內部的線圈組數，常用的有兩相、三相、五相步進電機；
拍數：完成一個磁場周期變化所需要的脈衝數或導電狀態，或指電機轉過一個齒矩角所需要的脈衝數；
保持轉矩：指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖定轉子的力矩；
步距角：對應一個脈衝信號，電機轉子轉過的角度；
定位轉矩：電機在不通電狀態下，電機轉子自身的鎖定力矩；
失步：電機運轉時的轉動步數，不等於理論上的步數；
失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，採用細分驅動是不能解決的；
空載啟動頻率：電機在空載情況下能夠正常啟動的頻率，如果頻率高於該值，電機不能正常啟動，可能發生丟步或堵轉。步進電機的起步速度一般在10-100RPM（轉/分），伺服電機的起步速度一般為（100-300RPM）
低頻振動特性：步進電機以連續的步距狀態重複運轉，其步距狀態的移動會產生步距響應；
電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區向上偏移；步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有缺點，克服兩相混合式步進電機在低速運轉時的振動和噪聲的方法：
通過改變減速比等避開共振區；
採用帶細分功能的驅動器；
選用小步距角電機；
選用電感大的電機；
交流伺服電機，可以完全克服振動和噪音；
採用小電流、低電壓驅動；
在電機軸上加磁性阻尼器；
五、步進電機選型：
步進電機選型步驟：
1.電機最大速度選擇
步進電機最大速度一般在600 rpm。交流伺服電機額定速度一般在3000 rpm，最大轉速為5000rpm。機械傳動系統要根據此參數設計。
2. 電機定位精度的選擇
機械傳動比確定後，可根據控制系統的定位精度選擇步進電機的步距角及驅動器的細分等級。一般選電機的一個步距角對應於系統定位精度的1/2 或更小。注意：當細分等級大於1/4後，步距角的精度不能保證。伺服電機編碼器的解析度選擇：解析度要比定位精度高一個數量級。
3. 電機力矩選擇
步進電機的動態力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恆速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）.
六、步進電機工作原理：
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，如圖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典型的步進順序。在第一步中，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°。在第三步中，B相關閉A相通電，但極性與第一步相反，轉子再旋轉90°。第四步中，A相關閉B相通電，極性與第二步相反。重複該順序促使轉子按90°的步距角順時針旋轉。
圖2中的步進順序為「單相激勵」步進。更常用的方法是「雙相激勵」，電機的兩相一直通電。但是，一次只能轉換一相的極性。兩相步進時，轉子與定子之間的軸線處對齊。由於兩相一直通電，本方法比「單相通電」步進多提供41.1%的力矩，但輸入功率卻為2倍。
如果在雙相通電之間加入單相通電，則將電機的步距角一分為二，實現半步步進。與兩相通電相比，半步步進通常導致15%-30%的力矩損失。
雙極性繞組：
雙相激勵介紹了一種「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。典型的兩相雙極性驅動輸出如下圖所示：
雙極性步進電機:
雙極性步進電機之所以如此命名，是因為每個繞組都可以兩個方向通電。因此，每個繞組即可以是N極又可以是S極。它又被稱為單繞組步進電機，因為每一極只有一個繞組。雙極性步進電機有四根引線，每個繞組兩根，與同樣尺寸和重量的單極性步進電機相比，雙極性步進電機具有更大的驅動力，原因在於其磁極中的場強是單極性步進電機的兩倍。
雙極性步進電機的每個繞組需要一個可逆電源，通常由H橋驅動電路提供。雙極性步進電機的步距角通常是1.8°，也就是每周200步。
單極性繞組：
單極性繞組，其一個電極上有兩個繞組，這種連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，所以可稱其為單極性繞組。該設計使得驅動器簡化，但與雙極性相比，其力矩大約少30%，因為勵磁線圈只利用了一半。
單極性步進電機：
這種步進電機之所以稱為單極性是因為每個繞組中電流 僅沿一個方向流動。他也被稱為兩線步進電機，因為它只含有兩個線圈。兩個線圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上，具有同一個中間抽頭。單極性步進電機還被稱為4相步進電機，因為它有4個激勵繞組。單極性步進電機的引線有5或6根。
七、影響步進角大小的因素：
步進電機解析度（一圈的步數）越高，位置精度越高。為了得到高解析度，設計的極數要多。PM型轉子為N極與S極在轉子鐵芯外表面上交互等節矩放置，轉子極數為N極與S極之和。
步距角：
轉子旋轉一周的機械角度為360，如用極數去除，則相當於得到一個極所佔用的機械角度即：
說明一個極的機械角度用定子相數去除就得到步距角。
由上式可知，步距角越小，解析度越高，因此要提高步進電機的解析度，就要增加轉子極對數或採用定子相數P較多的多相式方法，而Nr的增加受到機械加工的限制，所以要製造高解析度的步進電機需要兩種方法並用才行。
八、步進電機驅動器原理及細分控制原理：
驅動器：
步進電機需要使用專用的步進電機驅動器驅動，驅動器由脈衝發送控制單元，功率驅動單元，保護單元等組成。功率驅動單元將脈衝發生控制單元生成的脈衝放大，與步進電機直接耦合，屬於步進電機與微控制器的功率接口。
控制指令單元，接收脈衝與方向信號，對應的脈衝發生控制單元對應生成一組相應相數的脈衝，經過功率驅動單元後送到步進電機，步進電機在對應方向上轉過一個步距角。 驅動器的脈衝給定方式決定了步進電機運行方式，如下：
（1）m相單m拍運行
（2）m相雙m拍運行
（3）m相單、雙m拍運行
（4）細分驅動，需要驅動器給出不同幅值的驅動信號
步進電機有一些重要的技術數據，如最大靜轉矩、起動頻率、運行頻率等。一般來說步距角越小，電機最大靜轉矩越大，則起動頻率和運行頻率越高，所以運行方式中強調了細分驅動技術，該方式提高了步進電機的轉動力矩和解析度，完全消除了電機的低頻振蕩。所以細分驅動器驅動性能優與其他類型驅動器。
驅動器由接口電路、環形分配器、功率放大器等部分組成。
接口電路：用光電隔離方式將運動控制器和驅動器連接起來，避免驅動器中的大電流幹擾信號經地線竄入運動控制器電流中。
環形分配器：將脈衝及方向信號按設定的節拍方式，轉換為功放管的導通和截止信號，從而控制各向繞組的通電和斷電
功率放大器：將電源功率轉換為電機輸出功率驅動負載運動
功率放大方式-恆流斬波驅動方式：
四隻功率MOSFEF和四隻續流二極體構成H橋開關電路；
每相定子繞組的兩個引出線分別與橋臂的兩個中點連接。顯然，需要兩個這樣的電路才能驅動一臺兩相混合式步進電機；
T1和T2是有電流測量極的MOSFET功率管， 其電流經放大後與一給定電壓Vg比較，比較的結果經單穩電路延遲後控制T3和T4的導通與截止。
細分控制原理：
步進電機是恆流驅動，對於步進電機來說細分功能完全是由外部驅動電路精確控制電機的相電流產生的。
傳統的步進電機脈衝控制是用一對相位差90°的方形波來驅動步進電機的A\B相線圈電流，以達到轉動的目的。
以A相線圈通電超前B相90°時，方向為正。當線圈B超前A相90°時，電機反轉。控制兩相線圈導通脈衝的相位就能控制步進電機的轉向。
細分控制方法是通過精確控制步進電機的A、B相電流，分別按照正餘弦曲線變化。這樣產生的合力矩大小恆定，徑向分力極小。通過控制兩相電流，可以停到其中任何一個微步的位置上。
九、步進電機與伺服電機的區別：
步進電機的控制精度由驅動器的細分控制來保證，而伺服電機的控制精度由編碼器保證；
兩相混合式步進電機在低速運轉時易出現低頻振動現象；交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現低頻振動現象；
步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在轉速較高時會急劇下降；交流伺服電機為恆力矩輸出，在額定轉速以內，都能輸出額定轉矩
步進電機一般不具有過載能力，而交流伺服電機具有較強的過載能力，一般最大轉矩可為額定轉矩的3倍，可用於克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取選取較大的轉矩的電機，這就造成了力矩的浪費。
步進電機為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉現象；停止時如轉速過高易出現過衝現象，所以為了保證其精度，應處理好升、降速問題。交流伺服電機為閉環控制，內部構成速度環和位置環，一般不會出現丟步或過衝現象，控制性能更為可靠。
步進電機從靜止加速到工作速度需要200-400ms。交流伺服驅動系統的加速性能較好，從靜止加速到工作速度，一般僅需要幾毫秒，可用於快速啟動的控制場合。
步進電機效率較低，一般60%以下，交流伺服電機的效率較高，一般80%以上。因此，步進電機的溫升也比交流伺服電機高。