Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является возможность осуществлять точное 
позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи. Это очень важно, так как 
такие датчики могут стоить намного больше самого двигателя. Однако это подходит только для 
систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой. В то же 
время  системы  с  обратной  связью  способны  работать  с  большими  ускорениями  и  даже  при 
переменном  характере  нагрузки.  Если  нагрузка  шагового  двигателя  превысит  его  момент,  то 
информация о положении ротора теряется и система требует базирования с помощью, например, 
концевого  выключателя  или  другого  датчика.  Системы  с  обратной  связью  не  имеют  подобного 
недостатка.  
 

При  проектировании  конкретных  систем  приходится  делать  выбор  между  сервомотором  и 
шаговым  двигателем.  Когда  требуется  прецизионное  позиционирование  и  точное  управление 
скоростью,  а  требуемый  момент  и  скорость  не  выходят  за  допустимые  пределы,  то  шаговый 
двигатель  является  наиболее  экономичным  решением.  Как  и  для  обычных  двигателей,  для 
повышения  момента  может  быть  использован  понижающий  редуктор.  Однако  для  шаговых 
двигателей редуктор не всегда подходит. В отличие от коллекторных двигателей, у котрых момент 
растет с увеличением скорости, шаговый двигатель имеет больший момент на низких скоростях. К 
тому  же,  шаговые  двигатели  имеют  гораздо  меньшую  максимальную  скорость  по  сравнению  с 
коллекторными  двигателями,  что  ограничивает  максимальное  передаточное  число  и, 
соответственно,  увеличение  момента  с  помощью  редуктора.  Готовые  шаговые  двигатели  с 
редукторами хотя и существуют, однако являются экзотикой. Еще одним фактом, ограничивающим 
применение редуктора, является присущий ему люфт.  
Возможность  получения  низкой  частоты  вращения  часто  является  причиной  того,  что 
разработчики,  будучи  не  в  состоянии  спроектировать  редуктор,  применяют  шаговые  двигатели 
неоправданно  часто.  В  то  же  время  коллекторный  двигатель  имеет  более  высокую  удельную 
мощность, низкую стоимость, простую схему управления, и вместе с одноступенчатым червячным 
редуктором он способен обеспечить тот же диапазон скоростей, что и шаговый двигатель. К тому 
же,  при  этом  обеспечивается  значительно  больший  момент.  Приводы  на  основе  коллекторных 
двигателей  очень  часто  применяются  в  технике  военного  назначения,  а  это  косвенно  говорит  о 
хороших параметрах и высокой надежности таких приводов. Да и в современной бытовой технике, 
автомобилях, промышленном оборудовании коллекторные двигатели распространены достаточно 
сильно.  Тем  не  менее,  для  шаговых  двигателей  имеется  своя,  хотя  и  довольно  узкая,  сфера 
применения, где они незаменимы.  

Существуют три основных типа шаговых двигателей: 

-  двигатели с переменным магнитным сопротивлением 

-  двигатели с постоянными магнитами 

-  гибридные двигатели 

Определить тип двигателя можно даже на ощупь: при вращении вала обесточенного двигателя с 
постоянными  магнитами (или  гибридного)  чувствуется  переменное  сопротивление  вращению, 
двигатель вращается как бы щелчками. В то же время вал обесточенного двигателя с переменным 
магнитным  сопротивлением  вращается  свободно.  Гибридные  двигатели  являются  дальнейшим 
усовершенствованием двигателей с постоянными магнитами и по способу управления ничем от 
них не отличаются. Определить тип двигателя можно также по конфигурации обмоток. Двигатели с 
переменным  магнитным  сопротивлением  обычно  имеют  три (реже  четыре)  обмотки  с  одним 
общим  выводом.  Двигатели  с  постоянными  магнитами  чаще  всего  имеют  две  независимые 
обмотки.  Эти  обмотки  могут  иметь  отводы  от  середины.  Иногда  двигатели  с  постоянными 
магнитами имеют 4 раздельных обмотки.  
 

В  шаговом  двигателе  вращающий  момент  создается  магнитными  потоками  статора  и  ротора, 
которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. Статор изготовлен из 
материала  с  высокой  магнитной  проницаемостью  и  имеет  несколько  полюсов.  Полюс  можно 
определить как некоторую область намагниченного тела, где магнитное поле сконцентрировано. 
Полюса имеют как статор, так и ротор. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы 
собраны  из  отдельных  пластин,  подобно  сердечнику  трансформатора.  Вращающий  момент 
пропорционален величине магнитного поля, которая пропорциональна току в обмотке и количеству 
витков.  Таким  образом,  момент  зависит  от  параметров  обмоток.  Если  хотя  бы  одна  обмотка 
шагового двигателя запитана, ротор принимает определенное положение. Он будет находится в 
этом положении до тех пор, пока внешний приложенный момент не превысит некоторого значения, 
называемого моментом удержания. После этого ротор повернется и будет стараться принять одно 
из следующих положений равновесия.

Биполярные и униполярные шаговые двигатели  
В  зависимости  от  конфигурации  обмоток  двигатели  делятся  на  биполярные  и  униполярные. 
Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления 
магнитного поля  должна  переполюсовывается драйвером. Для  такого  типа  двигателя  требуется 
мостовой  драйвер,  или  полумостовой  с  двухполярным  питанием.  Всего  биполярный  двигатель 
имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода.
Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан 
отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым 
переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер 
должен  иметь  только 4 простых  ключа.  Таким  образом,  в  униполярном  двигателе  используется 
другой  способ  изменения  направления  магнитного  поля.  Средние  выводы  обмоток  могут  быть 
объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов
Иногда  униполярные  двигатели  имеют  раздельные 4 обмотки,  по  этой  причине  их  ошибочно 
называют 4-х  фазными  двигателями.  Каждая  обмотка  имеет  отдельные  выводы,  поэтому  всего 
выводов 8 (рис. 7в).  При  соответствующем  соединении  обмоток  такой  двигатель  можно 
использовать как униполярный или как биполярный. Униполярный двигатель с двумя обмоткими и 
отводами  тоже  можно  использовать  в  биполярном  режиме,  если  отводы  оставить 
неподключенными.  В  любом  случае  ток  обмоток  следует  выбирать  так,  чтобы  не  превысить 
максимальной рассеиваемой мощности.  

Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более 
высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают 
больший момент.

6-ти выводные шаговые двигатели

Для подключения 6-ти выводного шагового двигателя к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из двух способов - униполярное либо биполярное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на средних и высоких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения - использовать центральный отвод. Электрические характеристики двигателя - ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. - в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на низких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения - биполярное. Электрические характеристики двигателя - ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. - в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  ?2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток - 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R - именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении - I_{униполяр.}² * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится I_{биполяр.}²  * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I_{униполяр.}² * R = I_{биполяр.}² * 2* R, откуда

I_{биполяр.}=  I_{униполяр.} / ?2, т.е.

I_{биполяр.}= 0.707 * I_{униполяр.}

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в ?2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в ?2 раз.

T_{биполяр.} = 1.4 * T_{униполяр.}

8-ми выводные шаговые двигатели

Для подключения 8-ми выводного шагового двигателя (то есть двигателя с четырьмя обмотками) к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из трех способов - униполярное, последовательное либо параллельное подключение обмоток двигателя.

Если требуется вращать двигатель на средних скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения - использовать лишь две из четырех обмоток.

Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  ?2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток - 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R - именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении - I_{униполяр.}² * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится I_{послед.}²  * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I_{униполяр.}² * R = I_{послед.}² * 2* R, откуда

I_{послед.}=  I_{униполяр.} / ?2, т.е.

I_{послед.}= 0.707 * I_{униполяр.}

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в ?2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в ?2 раз.

T_{послед.} = 1.4 * T_{униполяр.}

Наиболее эффективно использование параллельного включения обмоток для высоких скоростей.

При таком типе подключения нужно увеличить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  ?2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при параллельном включении обмоток требуемый ток - 2.8 А, то есть в 1.4 раза больше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R - именно оно приведено в каталоге). При параллельном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки уменьшаетсяв два раза (0.5 R).

Потребляемая мощность при униполярном включении - I_{униполяр.}² * R

При параллельнном включении обмоток потребляемая мощность становится 0.5 * I_{биполяр.}² * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I_{униполяр.}² * R = 0.5 * I_{биполяр.} ² * R, откуда I_{биполяр..}=  I_{униполяр.} /?2, т.е.

I_{биполяр.}= 1.4 * I_{униполяр.}

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением величины тока, пропускаемого через обмотки. Но так как ток увеличился в ?2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в ?2 раз.