步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移的电动机，每当一个电脉冲加到步进电动机的控制绕组上时，它的轴就转动一定的角度，角位移量与电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，又称为脉冲电动机。在数字控制系统中，步进电动机常用作执行元件。
步进电动机按照励磁方式分为磁阻式（又称为反应式）、永磁式和混磁式三种；按相数分为单相、两相、三相和多相等形式。下面以三相磁阻式步进电动机为例，介绍步进电动机的结构和工作原理。
一、模型结构示意图
三相磁阻式步进电动机模型的结构示意图如图4－12所示。它的定、转子铁心都由硅钢片叠压而成。定子上有六个磁极，每两个相对的磁极上有同一相控制绕组，同一相控制绕组可以并联或串联；转子铁心上没有绕组，只有四个齿，齿宽等于极靴宽。
图4－12 三相磁阻式步进电动机模型的结构示意图
二、工作原理
三相磁阻式步进电动机的工作原理图如图4－13所示。当U相控制绕组通电，V、W两相控制绕组不通电时，由于磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子将受到磁阻转矩的作用，使转子齿1和3与定子U相磁级轴线对齐，如图4－13a所示。此时磁力线所通过的磁路磁阻最小，磁导最大，转子只受径向力而无切向力作用，转子停止转动。当V相控制绕组通电，U、W两相控制绕组不通电时，与V相磁极最近的转子齿2和4会旋转到与V相磁极相对，转子顺时针转过30º，如图4－13b所示。当W相控制绕组通电，U、V两相控制绕组不通电，与W相磁极最近的转子齿1和3会旋转到与W相磁极相对，转子再次顺时针转过30º，如图4－13c所示。这样按U－V－W－U的顺序轮流给各相控制绕组通电，转子就会在磁阻转矩的作用下按顺时针方向一步一步的转动。步进电动机的转速取决于绕组变换通电状态的频率，即输入脉冲的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序，若通电顺序为U－W－V－U，则步进电动机反向旋转。
控制绕组从一种通电状态变换到另一种通电状态叫做“一拍”，每一拍转子转过的角度称为步距角θb。
图4－13 三相磁阻式步进电动机模型单三拍控制时的工作原理
上面的通电方式的特点是，每次只有一相控制绕组通电，切换三次为一个循环，称为三相单三拍控制方式。三相单三拍控制方式由于每次只有一相通电，转子在平衡位置附近来回摆动，运行不稳定，很少采用。三相步进电动机除了单三相控制方式外，还有三相双三拍控制方式和三相单、双六拍控制方式。
三相双三拍控制的通电顺序为UV－VW－WU－UV，每次有两相绕组同时通电，每一循环也需要切换三次，步距角与三相单三拍控制方式相同，也为30º。
三相单、双六拍控制方式的通电顺序为U－UV－V－VW－W－WU－U，首先U相通电，然后U、V两相同时通电，再断开U相使V相单独通电，再使V、W两相同时通电，等等，依此顺序不断轮流通电，完成一次循环需要六拍。三相六拍控制方式的步距角只有三相单三拍和双三拍的一半，为15º。
三相双三拍控制方式和三相六拍控制方式在切换过程中始终保证有一相持续通电，力图使转子保持原有位置，工作比较平稳。单三拍通电方式没有这种作用，在切换瞬间，转子失去自锁能力，容易失步（即转子转动步数与拍数不相等），在平衡位置也容易产生振荡。
设转子齿数为Zr，转子转过一个齿距需要的拍数为N，则步距角为
可见，磁阻式步进电动机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，与电压和负载等因素无关。在转子齿数一定时，转速与输入脉冲频率成正比，与拍数成反比。
三相磁阻式步进电动机模型的步距角太大，难于满足生产中小位移量的要求，为了减小步距角，实际中将转子和定子磁极都加工成多齿结构。
图4－14是三相磁阻式步进电动机的结构图，转子齿数为Zr＝40个，齿沿转子圆周均匀分布，齿和槽的宽度相等，齿间夹角为9º；定子上有六个磁极，每极的极靴上均匀分布有五个齿，齿宽和槽宽相等，齿间夹角也是9º。磁极上装有控制绕组,相对的两个极的绕组串联起来并且连接成三相星形。每个定子磁极的极距为60º，每个极距所占的齿距数不是整数，当U－U′相绕组通电，U－U′相磁极下的定、转子齿对齐时，V－V′磁极和W－W′磁极下的齿就无法对齐，依次错开1/3齿距角（即错开3º）。一般的，m相异步电动机，依次错开的距离为1/m齿距。
如果采用三相单三拍通电方式进行控制，当U相通电时，U磁极的定子齿和转子齿完全对齐，而V磁极和W磁极下的定子齿和转子齿无法对齐，依次错开1/3和2/3齿距（即3º和6º）；当U相断电，V相
图4－14 小步距角的三相磁阻式步进电动机结构示意图
通电时，V磁极下的定子齿和转子齿就会完全对齐，转子转过1/3齿距；同样的，当V相断电，W相通电时，转子会再次转过1/3齿距。不难看出，通电方式循环改变一轮后，转子就转过一个齿距。
图4－14所示的步进电动机的齿距角为9º，采用三相单三拍通电时，通电方式循环一轮需要三拍，则步距角θb为3º，我们也可由步距角计算公式计算得出步距角为
转子转过一个齿距所需的运行拍数取决于电机的相数和通电方式，增加相数也可以减小步距角。但相数增多，所需驱动电路就越复杂。常用的步进电动机除了三相以外，还有四相、五相和六相的步进电动机。
三、主要技术指标和运行特性
1．步距角和静态步距误差
步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。目前我国步进电动机的步距角为0.36º～90º，常用的有7.5º/15º、3º/6º、1.5º/3º、0.9º/1.8º、0.75º/1.5º、0.6º/1.2º、0.36º/0.72º等几种。
2．最大静转矩
步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。在稳定状态下，如果在转子轴上加上负载转矩使转子转过一定角度θ，并能稳定下来，这时转子受到的电磁转矩与负载转矩相等，该电磁转矩即为静转矩，而角度θ即为失调角。对应于某个失调角时，静转矩最大，称为最大静转矩。
3．矩频特性
当步进电动机的控制绕组的电脉冲时间间隔大于电机机电过渡过程所需的时间，步进电动机进入连续运行状态，这时电动机产生的转矩称为动态转矩。步进电动机的动态转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性。步进电动机的动态转矩随着脉冲频率的升高而降低。
4．起动频率和连续运行频率
步进电动机的工作频率，一般包括起动频率、制动频率和连续运行频率。对同样的负载转矩来说，正、反向的起动频率和制动频率是一样的，所以一般技术数据中只给出起动频率和连续运行频率。
步进电动机起动频率fst是指在一定负载转矩下能够不失步起动的最高脉冲频率。fst的大小与驱动电路和负载大小有关。步距角θb越小，负载越小，则起动频率越高。
步进电动机连续运行频率f是指步进电动机起动后，当控制脉冲连续上升时，能不失步运行的最高频率，负载越小，连续运行频率越高。在带动相同负载时，步进电动机的连续运行频率比起动频率高得多。