ensayos normalizados de un motor

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA – UNAC

INTRODUCCIÓN

Los motores sincrónicos son ensayados de acuerdo con las normas NBR, IEC, NEMA, IEEE y API en el moderno laboratorio capacitado para testear motores de media y alta tensión con potencia de hasta 20.000 kVA y tensiones hasta 15.000 V, con monitoreo totalmente informatizado y control de alta precisión.

MAQUINAS ELECTRICAS III - 2013B Página 1


INDICE

I OBJETIVOS 3

II FUNDAMENTO TEÓRICO 3

II.1 NORMAS ELECTRICAS 3

II.2 ENSAYOS DE UN MOTOR SINCRONO 4

II.3 ENSAYOS NORMADOS 5

II.3.A NEMA 5

II.3.B IEC 6

II.3.C ANSI 10

II.3.D VDE 10

II.3.F UL 11

III APLICACIÓN INDUSTRIAL 11

IV CONCLUSIONES 16

V BIBLIOGRAFÍA 22



I OBJETIVOS

Comprender los tipos de ensayos que se dan en un motor síncrono Comprender la importancia de los ensayos de rutina normalizados

por las principales organizaciones.

II FUNDAMENTO TEÓRICO

II.1 NORMAS ELECTRICAS

Entre las normas eléctricas más utilizadas se pueden citar:

National Electrical Code (NEC) American National Standards Institute (ANSI) National Electrical Manufactures Association (NEMA) The Institute of Electrical and Electronics Engenieeres (IEEE)

Dentro de las normas europeas, las más conocidas en nuestro país son:

DIN, normas Alemanas generales, dentro de las cuales las normas VDE se dedican a los equipos eléctricos( Verband Deutscher Electrotechnoker)

British Standard(BS) Union Technique d´Electricite (UTE) International Electrotechnical Commission ( IEC): Comisión

Electrotécnica Internaciona.

Organismos:

UL: significa "Underwriters Laboratories Inc." Es una organización independiente, sin fines de lucro, que se encarga de probar la seguridad de los productos que salen al mercado. Esta entidad fue fundada en 1894 y es una de las más respetables y reconocidas a nivel mundial. Cada año, UL Certifica la seguridad de más de 16 billones de productos alrededor del planeta. La mayoría de los productos eléctricos y/o electrónicos en EU deben poseer este certificado.

ANSI: El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en inglés: American National Standards Institute) es una



organización sin ánimo de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. ANSI es miembro de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) y de la Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission, IEC). La organización también coordina estándares del país estadounidense con estándares internacionales, de tal modo que los productos de dicho país puedan usarse en todo el mundo.

IEC: La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI o IEC por sus siglas en inglés, International Electrotechnical Commission) es una organización de normalización en los campos eléctrico,electrónico y tecnologías relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC).

NEMA: La National Electrical Manufacturers Association (NEMA) (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) es una asociación industrial estadounidense, creada el 1 de septiembre de 1926tras la fusión de la Associated Manufacturers of Electrical Supplies (Fabricantes de Suministros Eléctricos Asociados) y la Electric Power Club (Club de Potencia Eléctrica). Su sede principal está en el vecindario de Rosslyn, en Arlington (Virginia), y cuenta con más de 400 miembros asociados. Este organismo es el responsable de numerosos estándares industriales comunes usados en el campo de la electricidad. Entre otros, la NEMA ha establecido una amplia gama de estándares para encapsulados de equipamientos eléctricos, publicados como NEMA Standards.

VDE: Significa “Verband Deutscher Electrotechnoker” estas dentro de las normas Alemanas, que se encarga de la normalización de los equipos eléctricos.

II.2 ENSAYOS DE UN MOTOR SINCRONO

Ensayos de rutina

Inspección visual Resistencia óhmica de los devanados Inspección en los detectores de temperatura y resistencia de

calentamiento Marcación de los terminales y secuencia de fases Equilibrio entre fases Niveles de vibración Saturación en vacío Cortocircuito trifásico permanente



Rotor bloqueado Tensión aplicada Resistencia del aislamiento

Ensayos de tipo

Elevación de temperatura Curva en vacío (curva V) Sobre velocidad Determinación de pérdidas y rendimiento Determinación de las reactancias Índice de polarización

Ensayos especiales

Nivel de ruido Tensión en el eje

II.3 ENSAYOS NORMADOS

II.3.A NEMA

El propósito de las normas NEMA

Una norma de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos define un producto, proceso o procedimiento con referencia a uno o más de los siguientes:

nomenclatura composición construcción dimensiones Tolerancias seguridad características de funcionamiento rendimiento Valoraciones Pruebas El servicio para el que está diseñado

Es la creencia de que las normas NEMA desempeñan un papel vital en el diseño, producción y distribución de productos destinados tanto para el comercio nacional e internacional. Sonido normas técnicas se benefician al usuario, así como el fabricante, mediante la mejora de la seguridad, con lo que sobre las economías en el producto, la eliminación de malos entendidos entre



fabricante y el comprador, y ayudar al comprador en la selección y obtención del producto adecuado para su necesidad particular.

NEMA MG-1

La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) ha publicado la edición 2011 de NEMA MG 1 Motores y generadores.

MG 1 es la norma definitiva de información práctica de los ensayos sobre el rendimiento, la seguridad, las pruebas, la construcción y la fabricación de motores y generadores de corriente alterna y de corriente continua. Se proporciona acceso a las pruebas fundamentales, así como los criterios dimensionales y de aplicación relativos a la maquinaria rotativa. La norma ayuda a los usuarios en la selección y aplicación correcta de los motores y generadores.

"Con cada revisión, MG 1 se vuelve más útil para los fabricantes y los usuarios de motores y generadores", dijo Roger Daugherty, PhD, de Baldor Electric Company, y presidente del Comité Técnico 1MG.

Los cambios incluyen tablas eficiencia mejoradas para 8 máquinas de polos y la ampliación de la sección de la máquina de gran tamaño.

II.3.B IEC

IEC 60034-2-1

La norma IEC 60034-2-1 es una guía para determinar tanto las pérdidas como el rendimiento en máquinas eléctricas rotativas exceptuando aquellas máquinas destinadas a la tracción de vehículos tal y como su título explica. El objetivo de esta norma es establecer métodos para determinar el rendimiento y las pérdidas en máquinas de CC, máquinas síncronas y máquinas de inducción. Esta norma ha surgido debido a una necesidad de unificar criterios a la hora de determinar el rendimiento en máquinas, ya que existen diversas normativas con las que los fabricantes de motores pueden realizar sus ensayos y así poder determinar el rendimiento de las máquinas. Esta norma viene a sustituir a la IEC 60034-2 (1972), así como su corrección 1 (1995) y su corrección 2 (1996). Ha sido elaborada por el comité técnico 2 (TC) del IEC (International Electrotechnical Commission). IEC es la organización líder a nivel mundial en la elaboración y publicación de normas internacionales en el campo de las tecnologías eléctricas, electrónicas y similares.

SITUACIÓN DE LA NORMA.

La IEC 60034-2-1 entro en funcionamiento en septiembre de 2007 substituyendo a la IEC 60034-2 (1996), y que también ha sido ratificada ya como EN 60034-2-1 en el nivel CENELEC (Comité Europeo de Normalización



Electrotécnica). La IEC 60034-2-1 es una normativa de aplicación internacional, aunque existen otros estándares para la determinación del rendimiento en máquinas. Uno de estos estándares es la IEEE 112 [2] así como también la IEC 61972 [3]. Esta norma ha surgido debido a la gran diferencia en los resultados obtenidos en el rendimiento dependiendo de la norma utilizada, la gran variación en la norma viene dada a la hora de obtener las pérdidas adicionales, mientras que su predecesora estimaba las pérdidas adicionales en un 0,5% de la potencia nominal absorbida la IEC 60034-2-1 introduce diversos métodos para calcular estas pérdidas. Así pues los fabricantes de motores pueden elegir que norma o métodos emplean para determinar el rendimiento de los motores, pero siempre la documentación del motor debe indicar que método fue utilizado. La medición indirecta fue ampliamente utilizada por los fabricantes bajo el antiguo estándar. Sin embargo, las reglas relativas a la estimación de las pérdidas adicionales en el método de medición indirecta se han hecho mucho más estrictas en el marco de la nueva norma.

PÉRDIDAS ADICIONALES

La IEC 60034-2-1 ofrece diferentes métodos de obtención de las pérdidas adicionales:

A partir de las pérdidas residuales. Asignación de pérdidas. Ensayo Eh star.

A partir del estudio que hemos realizado hemos elaborado protocolos de actuación para la aplicación de cada método.

A partir de las pérdidas residuales: Con el ensayo en vacío y el ensayo en carga podemos determinar las pérdidas adicionales a partir de las pérdidas residuales.

PLr=P1−P2−Ps−Pr−P fe−P fw



A partir de las pérdidas residuales y el valor del par al cuadrado elaboramos la siguiente recta.

RECTA SUAVIZADA DE LAS PERDIDAS ADICIONALES

Las

pérdidas adicionales (recta roja de la gráfica) se obtienen a partir del valor de la pendiente de la recta de tendencia de las pérdidas residuales.

P¿=M .T2

Asignación de pérdidas: Esta asignación de pérdidas se hace a partir de la siguiente función a trozos.



CURVA DE OBTENCIÓN DE LAS PÉRDIDAS ADICIONALES EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA ÚTIL DE LA MÁQUINA.

Las ecuaciones de obtención de las pérdidas adicionales son las siguientes:

P2≤1kW P¿=0,025∗P1

1kW ≤ P2≤10000kW P¿=P1∗[0.025−0,005∗log 10∗( P21kW )]

P2≥10000kW P¿=P1∗0.005

Mediante el ensayo Eh star: Este es un nuevo método de obtención de las pérdidas residuales que introduce esta norma, y consiste en desequilibrar las fases del motor, este desequilibrio lo provocamos conectando dos fases del motor a una misma fase, y una de estas fases conectada con a una resistencia, de esta forma provocamos que por una de las fases del motor circule una corriente superior a la de las otras fases.

El esquema de conexión del motor para este ensayo es el siguiente

ESQUEMA DE CONEXIONES ESNSAYO EH STAR

Las pérdidas adicionales se obtienen aplicando un complejo proceso matemático a los datos obtenidos durante el ensayo. Mediante este ensayo obtenemos una recta de pérdidas residuales.

Recta de pérdidas residuales obtenida a partir del ensayo Eh-star



Hacemos pasar la regresión por el origen de coordenadas y la pendiente de la recta obtenida es el valor de las pérdidas dependientes de la carga:

P¿=A∗( T 2T N )IEC 60034-28

Es una metodología o ensayo propuesto por la norma EIC, para determinar los parámetros del circuito equivalente de los motores de inducción trifásico.

En esta figura se representa el circuito equivalente tipo T para los motores que trata esta norma.



PROCEDIMIENTO DE LOS ENSAYOS:

Ensayo con carga: La temperatura del devanado del estator no debe diferir más de 5 °C con respecto a la temperatura obtenida de un ensayo térmico a carga nominal. Se aplica tensión nominal a frecuencia nominal en los terminales. Incremente la carga hasta que la corriente de la línea sea igual ala corriente nominal.Se mide la tensión, corriente, potencia y velocidad de operación. Tambien se mide la temperatura del devanado

Ensayo sin carga: El motor se desacopla de cualquier carga. Se ajusta la tensión de alimentación a frecuencia nominal, se mide y registra tensión, corriente, potencia al menos para 10 valores. Es conveniente llevar a cabo este ensayo con un deslizamiento lo más cercano a cero. La tensión máxima aplicada no debe ser inferior al 110% de la tensión nominal del motor y la tensión mínima no debe ser más baja que le 20% de la tensión nominal.

ENSAYO DEL ROTOR BLOQUEADO: El motor se bloquea con un freno eléctrico y se le aplica tensión reducida a frecuencia nominal a los terminales, el deslizamiento llega a 1. Se incrementa la tensión hasta que la corriente llegue a 1.5 veces la corriente nominal del motor bajo prueba. Se mide la tensión, corriente y potencia al menos para 10 valores. Este ensayo se lleva a cabo lo más rápidamente posible con las lecturas tomadas en orden descendiente de tensión y corriente.

II.3.C ANSI

ANSI C50.10



Mediante el uso de los métodos de ensayo de esta norma determinamos:

La eficiencia, incluyendo las pérdidas de armadura y campo I 2R pérdidas del núcleo, pérdidas por fricción y ventilación y pérdida por corrientes parásitas.

El incremento de temperatura incluyendo una corrida de calentamiento con factor de potencia cero o con circuito abierto y corto circuito.

Las características de arranque, incluyendo el par y la corriente de arranque y aceleración por medio del método de la tensión reducida.

Medición del índice de polarización.

II.3.D. VDE

VDE 0170/0171 – MOTORES CONTRA EXPLOSION

Esta norma prevé las siguiente clases de protección :

Clase de protección “seguridad aumentada” (Exe ) Clase de protección “blindaje resistente a la presión o antideflagrante” Clase de protección “presurada” Clase de protección “blindaje de aceite” Clase de protección “seguridad propia” Clase de protección ”protección especial”

II.3.F. UL

En el mercado norteamericano, Baldor utiliza Underwriters Laboratories (U.L.) y la Asociación Canadiense de Normas (CSA) como entidades certificadoras para la aprobación y rotulación de nuestros motores eléctricos para uso en sitios peligrosos basados en Divisiones según NFPA70 del Código Eléctrico Nacional (NEC) y C22.1 del Código Eléctrico Canadiense. Los motores Baldor a prueba de explosión pueden estar marcados con una o más de las siguientes:



III. APLICACIONES INDUSTRIALES

La aplicación de motores sincrónicos en la industria en la mayoría de los casos resulta en ventajas económicas y operativas considerables para el usuario debido a sus características de trabajo. Las principales ventajas para utilización de los motores sincrónicos son:

Corrección del factor de potencia.

Los motores sincrónicos pueden ayudar a la reducción de los costos de energía eléctrica y mejorar el rendimiento de sistemas de energía, corrigiendo el factor de potencia de la red en que están instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualar el valor invertido en el motor.

Mantener la velocidad constante.

El motor sincrónico mantiene la velocidad constante en las situaciones de sobrecarga y también durante momentos de oscilaciones de tensión, respetando los límites del par máximo (pull-out).

Alto rendimiento.

La eficiencia en la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro de energía. Los motores sincrónicos son proyectados también para operar con alta eficiencia en un largo rango de velocidad y suministrar un mejor aprovechamiento de energía para una grande variedad de cargas.

Alta capacidad de par.

Los motores sincrónicos son proyectados con altos pares en régimen, manteniendo la velocidad constante aún en aplicaciones con grandes variaciones de carga.

Mantenimiento reducido.

Por no necesitar de contactos eléctricos de deslizamiento para su funcionamiento, los motores sincrónicos BRUSHLESS no poseen escobillas ni anillos colectores y con esto eliminan la necesidad de mantenimiento, inspección y limpieza en estos componentes.

Los motores sincrónicos son fabricados especialmente para atender las necesidades de cada aplicación. Debido a sus características constructivas, operación con alto rendimiento y adaptabilidad a todos los tipos de ambientes,



son utilizados prácticamente en todos los segmentos de la industria, tales como:

Motores sincrónicos verticales.

Pueden ser suministrados con rodamientos de esferas, de rodillos o de contacto angular, lubricados con grasa. Dependiendo de la aplicación, como cuando están sujetos a altas cargas de empuje axial pueden ser fabricados con descansos de rodamientos lubricados con aceite o descansos de deslizamiento. Son proyectados para atender las solicitaciones de los clientes para aplicaciones en bombas, zarandas, mezcladores y otros.

Motores sincrónicos para atmósferas explosivas.

Para las aplicaciones en atmósferas explosivas se producen motores con características de seguridad específicas, aptos para trabajar en locales donde se manipulan, procesan o almacenan productos inflamables, preservando la vida humana y garantizando el mantenimiento del patrimonio.

Velocidad variable.

Las aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad variable se justifican en aplicaciones de alto par con baja rotación y larga banda de ajuste de velocidad. Pueden ser con o sin escobillas, dependiendo de las características de carga y ambiente.

Debido al mayor rendimiento, menor tamaño y mayor capacidad de potencia, los motores sincrónicos pueden sustituir a los motores de corriente continua en aplicaciones de alto rendimiento.

En muchos casos los motores sincrónicos pueden ser utilizados para obtener valores de par inferiores al Standard trayendo una reducción ventajosa de la corriente de arranque del motor lo que implica en menor disturbio en el sistema eléctrico durante el arranque y reducción en las tensiones mecánicas resultantes en los bobinados del motor.



Además de aportar un alto rendimiento en aplicaciones en las que se necesita corregir el factor de potencia, los motores síncronos aportan también pares elevados y velocidad constante bajo cargas variables, lo que resulta en costes de explotación y mantenimiento reducidos. Estas ventajas explican el empleo de estos motores en la más amplia variedad de aplicaciones. Entre las más típicas pueden citarse: trituradoras, molinos y cintas transportadoras en la minería y las canteras; ventiladores, bombas y compresores en la siderurgia; extrusoras en la industria del papel; astilladoras y descortezadoras en la transformación de la madera; bombas en el tratamiento de aguas residuales; compresores y ventiladores de alta capacidad en las industrias química y petroquímica; molinos y trituradoras en las fábricas de cemento; y bombas de inyección de agua en plataformas petrolíferas flotantes.Gracias al mayor rendimiento, el menor tamaño y la mayor relación de potencia de salida relativa, los motores síncronos pueden sustituir a los motores de corriente continua en aplicaciones de altas prestaciones. Además, en algunos casos, puede emplearse un motor de par inferior al del motor convencional. Esto conlleva una reducción favorable de la corriente de arranque del motor, lo que resulta en menos problemas en el sistema eléctrico durante el arranque, junto con una reducción de las cargas mecánicas del devanado del motor.Los motores síncronos tienen un mejor rendimiento y mayor precisión de la velocidad que los motores de inducción; en cambio, en comparación con éstos últimos, su construcción es más compleja. La construcción más simple del motor de inducción hace que sea más económico dada una potencia determinada con potencias de salida de hasta 10 MW. No obstante, para potencias superiores, el mayor rendimiento del motor síncrono ofrece costes de explotación menores.El mayor rendimiento es el resultado de la mayor capacidad del motor síncrono para convertir energía eléctrica en energía mecánica. Además, el motor



síncrono puede construirse con un alto rendimiento en una amplia gama de velocidades, ofreciendo así ahorros de energía significativos con una amplia variedad de cargas. Igualmente, en las aplicaciones de alto par (trituradoras, extrusoras, etc.), los máximos de par con motores síncronos pueden ser cinco veces mayores que el par nominal.Otra ventaja del motor síncrono es su mejor estabilidad en aplicaciones con variadores de frecuencia. El motor síncrono con variador de velocidad se recomienda para aplicaciones de alto par, baja velocidad y una amplia gama de regulación de la velocidad. Dependiendo de la carga y de las condiciones ambientales de trabajo, el motor puede ser de construcción con escobillas o sin escobillas. Estos motores están indicados para funcionar a cualquier velocidad entre cero y la velocidad máxima, manteniendo la estabilidad independientemente de las variaciones de carga, un factor de primordial importancia en equipos como los laminadores y las extrusoras de plástico.A las reducciones de los costes de explotación corrientes que los motores síncronos ofrecen se suman las reducciones de los costes de mantenimiento que las máquinas sin escobillas ofrecen. Dado que la construcción de los motores no incorpora escobillas o anillos colectores, no se necesita realizar las tareas de mantenimiento de inspección y limpieza de estos órganos.Los motores síncronos requieren una fuente de alimentación de corriente continua para el devanado del rotor, la alimentación del cual se realiza mediante una excitatriz rotativa sin escobillas en los motores sin escobillas, o mediante una excitatriz estática en los motores con escobillas. Los motores síncronos WEG con excitatriz estática están dotados de anillos colectores y escobillas que permiten alimentar la corriente a los polos del rotor a través de contactos deslizantes. La alimentación de CC para los polos se obtiene de un convertidor CA CC y un controlador estático. La excitatriz estática se emplea mucho en aplicaciones con variadores de frecuencia.Los motores síncronos WEG con un sistema de excitación sin escobillas incorporan una excitatriz rotativa, montada normalmente en la parte posterior del motor. Dependiendo del funcionamiento del motor, la excitatriz puede tener una alimentación de CC para el estátor, o una alimentación de CA para el estátor.

Acerca de los motores síncronos WEG

WEG diseña y construye motores síncronos de hasta 20 MW de potencia para uso en aplicaciones industriales generales, así como versiones para zonas peligrosas (inflamables) tanto en aplicaciones terrestres como marinas. Los motores para zonas peligrosas se suministran con diferentes tipos de protección, entre ellos Ex n (antichispas) y Ex p (presurizado), en conformidad con normas nacionales e internacionales, y están ensayados y homologados por entidades clasificadoras en todo el mundo, entre ellas API, NEMA, IEC, CSA, BVQI, NBR, ABS y DNV.



Acerca de WEG

WEG – uno de los mayores suministradores de motores eléctricos y equipos de control, empresa especializada en la fabricación de motores eléctricos y equipos de alto rendimiento desarrollados para aplicaciones industriales específicas



IV. CONCLUSIONES

Se aprende a desarrollar las normas técnicas, cuestiones legislativas y reglamentarias

Aprendimos los distintos tipos de ensayos en motores síncronos, de acuerdo a los protocolos.

NEMA es una federación de más de 50 secciones de productos diferentes que se agrupan en ocho divisiones . 430 empresas miembros de NEMA fabrican productos que van desde máquinas de rayos X y escáneres de TC para motores y generadores , lámparas , luminarias , bandeja de cable , alambre de construcción , cerramientos, controles de tráfico , sistemas de llamada de enfermera , baterías , controles residenciales , y más.

Los reglamentos estándares ayudan a los usuarios en la selección y aplicación correcta de los motores y generadores.

Hay que tener en cuenta que la norma básica para los motores y generadores es la NEMA MG-1, la cual es aplicada a todas las máquinas, sean pequeñas, medianas y grandes.

V. BIBLIOGRAFIA



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http://www.schneider-electric.com.mx/documents/productos-servicios/white-papers/surge-supressors-whitepaper.pdf

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/4615/4/Resumen.pdf(rendiminetode un motor)

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catalogo-espanol.pdf(ENSAYOS) http://empresas.micodensa.com/BancoMedios/Documentos%20PDF/

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http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/6300/01Aja01de01.pdf;jsessionid=ECFCC8BA33FFB4A66745C6818DC5CB6F.tdx2?sequence=1(iec)

http://books.google.com.pe/books?id=FHDHS7MSJ3gC&pg=PA321&lpg=PA321&dq=motor+sincrono+y+ensayos+normalizados&source=bl&ots=kT8XQ-QSOC&sig=AOrefGS9QemBTgBJxNpifpg24qM&hl=es&sa=X&ei=F3xKUqzIJJfl4AP-gYG4Aw&ved=0CDIQ6AEwAg#v=onepage&q=motor%20sincrono%20y%20ensayos%20normalizados&f=false(adicional)

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http://bdigital.uao.edu.co/bitstream/10614/1377/1/TEL00511.pdf(parametros electricos ).

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http://www.slideshare.net/NASPTER8522/motores-elctricos-variacion-de-velocidad(ensayos vde)

Definiciones:

UL--http://www.techniciansfriend.com/standards.htm IEC http://es.wikipedia.org/wiki/Comisi%C3%B3n_Electrot

%C3%A9cnica_Internacional VDE(Verband Deutscher

Elektrotechniker)---http://www.slideshare.net/STEEVE145/normas-electricas NEMA--http://es.wikipedia.org/wiki/

National_Electrical_Manufacturers_Association ANSI--http://es.wikipedia.org/wiki/Instituto_Nacional_Estadounidense_de_Est

%C3%A1ndares


ensayos normalizados de un motor

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