步进电机可视为多极同步电机。同步电机的定子产生的磁场吸引转子磁极，使转子磁场与定子磁场同步旋转。如施加负载，转子磁场与定子磁场将保持某角度偏差，使转子上产生与负载平衡的电磁转矩，此偏差角度称为功率角。
如图所示，定子位于气隙外侧，转子位于气隙内侧，定子与转子皆为永久磁铁。外侧的定子以n。速度逆时针旋转，代表旋转磁场。此时，如施加负转矩TL，只使转子磁极轴线与定子磁极轴线偏差功率角8，转子仍与定子磁场以同步转速n。旋转。因为转子产生的输出转矩T,与负载角成正弦关系变化，最大转矩为Tm,，则表达式为:
故负载转矩TL与8平衡。图的纵轴表示转矩T1，横轴表示负载角,a= r/2位移角时，产生最大电磁转矩。当负载转矩大于最大电磁转矩时，8>r/ 2，定子磁场将无法带着转子以同步速度旋转，此现象称为失步现象。实际步进电机的定子不是如图所示的永久磁铁旋转，所谓两相电机，是指空间相差r/2的两个线圈，通过相差；7r/2相位差的交流电流后，产生旋转磁场。
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