步進電機可視為多極同步電機。同步電機的定子產生的磁場吸引轉子磁極，使轉子磁場與定子磁場同步旋轉。如施加負載，轉子磁場與定子磁場將保持某角度偏差，使轉子上產生與負載平衡的電磁轉矩，此偏差角度稱為功率角。

　如圖所示，定子位于氣隙外側，轉子位于氣隙內側，定子與轉子皆為永久磁鐵。外側的定子以n。速度逆時針旋轉，代表旋轉磁場。此時，如施加負轉矩TL，只使轉子磁極軸線與定子磁極軸線偏差功率角8，轉子仍與定子磁場以同步轉速n。旋轉。因為轉子產生的輸出轉矩T,與負載角成正弦關系變化，最大轉矩為Tm,，則表達式為:

　故負載轉矩TL與8平衡。圖的縱軸表示轉矩T1，橫軸表示負載角,a= r/2位移角時，產生最大電磁轉矩。當負載轉矩大于最大電磁轉矩時，8>r/ 2，定子磁場將無法帶著轉子以同步速度旋轉，此現象稱為失步現象。實際步進電機的定子不是如圖所示的永久磁鐵旋轉，所謂兩相電機，是指空間相差r/2的兩個線圈，通過相差；7r/2相位差的交流電流后，產生旋轉磁場。

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