TEMA 2:TEMA 2:

MANIOBRA Y PROTECCIMANIOBRA Y PROTECCIÓÓN N DE MOTORESDE MOTORES

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Conjunto de aparatos de maniobra, protección, medida, regulación, y control, incluidos los accesorios de las canalizaciones eléctricas, utilizados en instalaciones de baja y alta tensión.

La aparamenta eléctrica se define a partir de los valores atribuidos a algunas de sus magnitudes funcionales (tensión, corriente, potencia, temperatura, etc.). Estos valores son los llamados valores asignados o nominales.

El fabricante de la aparamenta, teniendo en cuenta los criterios de diseño y la normativa vigente, define cuales deben ser los valores asignados para las distintas magnitudes de cada aparato.

Conjunto de aparatos de Conjunto de aparatos de maniobra, proteccimaniobra, proteccióón, medida, n, medida, regulaciregulacióón, y control,n, y control, incluidos los accesorios de las incluidos los accesorios de las canalizaciones elcanalizaciones elééctricas, utilizados en instalaciones de baja ctricas, utilizados en instalaciones de baja y alta tensiy alta tensióón.n.

La aparamenta elLa aparamenta elééctrica se define a partir de los valores ctrica se define a partir de los valores atribuidos a algunas de sus magnitudes funcionales (tensiatribuidos a algunas de sus magnitudes funcionales (tensióón, n, corriente, potencia, temperatura, etc.). Estos valores son los corriente, potencia, temperatura, etc.). Estos valores son los llamados llamados valores asignados o nominalesvalores asignados o nominales..

El fabricante de la aparamenta, teniendo en cuenta los El fabricante de la aparamenta, teniendo en cuenta los criterios de disecriterios de diseñño y la normativa vigente, define cuales o y la normativa vigente, define cuales deben ser los valores asignados para las distintas magnitudes deben ser los valores asignados para las distintas magnitudes de cada aparato.de cada aparato.

APARAMENTA ELAPARAMENTA ELÉÉCTRICA (I)CTRICA (I)

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Tensión asignada: máxima tensión indicada por el fabricante para el material del que está construido el dispositivo.Corriente asignada: máxima corriente que se puede mantener de forma indefinida sin que supere la máxima temperatura establecida en las normas ni se produzca ningún tipo de deterioro. Existen valores normalizados, por ejemplo, para interruptores automáticos y diferenciales: 6A, 10A, 16A, etc.Corriente temporal admisible: máxima corriente que puede circular por un dispositivo durante un tiempo prolongado (especificado por el fabricante) sin producir calentamiento excesivo que genere daños.Poder asignado de cierre: máximo valor de la intensidad sobre la que puede cerrar correctamente un interruptor, contactor o relé.Poder asignado de corte: máximo valor de la intensidad que un interruptor, contactor, relé o fusible es capaz de abrir sin sufrir daños.

TensiTensióón asignada:n asignada: mmááxima tensixima tensióón indicada por el fabricante n indicada por el fabricante para el material del que estpara el material del que estáá construido el dispositivo.construido el dispositivo.Corriente asignada:Corriente asignada: mmááxima corriente que se puede mantener xima corriente que se puede mantener de forma indefinida sin que supere la mde forma indefinida sin que supere la mááxima temperatura xima temperatura establecida en las normas ni se produzca ningestablecida en las normas ni se produzca ningúún tipo de n tipo de deterioro. Existen valores normalizados, por ejemplo, para deterioro. Existen valores normalizados, por ejemplo, para interruptores autominterruptores automááticos y diferenciales: 6A, 10A, 16A, etc.ticos y diferenciales: 6A, 10A, 16A, etc.Corriente temporal admisible:Corriente temporal admisible: mmááxima corriente que puede xima corriente que puede circular por un dispositivo durante un tiempo prolongado circular por un dispositivo durante un tiempo prolongado (especificado por el fabricante) sin producir calentamiento (especificado por el fabricante) sin producir calentamiento excesivo que genere daexcesivo que genere dañños.os.Poder asignado de cierre:Poder asignado de cierre: mmááximo valor de la intensidad sobre ximo valor de la intensidad sobre la que puede cerrar correctamente un interruptor, la que puede cerrar correctamente un interruptor, contactorcontactor o o relreléé..Poder asignado de corte:Poder asignado de corte: mmááximo valor de la intensidad que un ximo valor de la intensidad que un interruptor, interruptor, contactorcontactor, , relreléé o fusible es capaz de abrir sin sufrir o fusible es capaz de abrir sin sufrir dadañños.os.

APARAMENTA ELAPARAMENTA ELÉÉCTRICA (II)CTRICA (II)

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FUNCIONES DE LOS ARRANCADORESFUNCIONES DE LOS ARRANCADORES

• Seccionamiento: Permite aislar eléctricamente las instalaciones y las máquinas de la red de ali-mentación y su manipulación con total seguridad. Seccionadores, interruptores seccionadores, otros aparatos con funciones múltiples.

• Seccionamiento: Permite aislar eléctricamente las instalaciones y las máquinas de la red de ali-mentación y su manipulación con total seguridad. Seccionadores, interruptores seccionadores, otros aparatos con funciones múltiples.

• Conmutación: Consiste en establecer, cortar o ajustar (caso de la variación de velocidad) el valor de la corriente absorbida por el motor. Interruptores, contactores, arrancadores suaves, variadores de velocidad...

•• ConmutaciConmutacióón:n: Consiste en establecer, cortar o Consiste en establecer, cortar o ajustar (caso de la variaciajustar (caso de la variacióón de velocidad) el n de velocidad) el valor de la corriente absorbida por el motor. valor de la corriente absorbida por el motor. Interruptores, Interruptores, contactorescontactores, arrancadores suaves, , arrancadores suaves, variadoresvariadores de velocidad...de velocidad...

• Protección: Contra cortocircuitos y sobrecargas. Fusibles, disyuntores, relés térmicos...

•• ProtecciProteccióón:n: Contra cortocircuitos y sobrecargas. Contra cortocircuitos y sobrecargas. Fusibles, disyuntores, Fusibles, disyuntores, relrelééss ttéérmicos...rmicos...

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SECCIONADORESSECCIONADORESDispositivo mecánico de conexión que en posición de abierto cumple unas determinadas condiciones de aislamiento según los criterios de seguridad que establecen las normas. Se utiliza para garantizar la desconexión de la instalación cuando se realizan trabajos sobre ella

No tiene poder de cierre ni de corte. Nunca debe maniobrarse con carga. Si se maniobran con la instalación en carga se produce su destrucción (salvo en seccionadores especialmente diseñados).

Se accionan manualmente y su velocidad de operación es la que les aplique el operador (en ocasiones se emplean muelles para acelerar la maniobra).

Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar y un dispositivo de mando lateral o frontal para cerrar y abrir los polos.

Pueden disponer de un contacto auxiliar de precorte que actúa sobre el contactor en caso de manipulación accidental con carga.

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Interruptor:Interruptor: aparato mecaparato mecáánico de conexinico de conexióón capaz de establecer, n capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones normales y circunstancialmente en condiciones annormales y circunstancialmente en condiciones anóómalas malas espeespe--cificadascificadas (cortocircuito) durante un tiempo determinado.(cortocircuito) durante un tiempo determinado.

Interruptor automInterruptor automáático o disyuntor:tico o disyuntor: interruptor diseinterruptor diseññado para ado para interrumpir corrientes anormales como las de cortocircuito. interrumpir corrientes anormales como las de cortocircuito.

PequePequeñño interruptor automo interruptor automáático:tico: aparato mecaparato mecáánico de nico de conecone--xixióónn destinado a abrir y cerrar manualmente un circuito y destinado a abrir y cerrar manualmente un circuito y abrirlo en funcionamiento automabrirlo en funcionamiento automáático cuando la intensidad extico cuando la intensidad ex--cede un valor determinado. cede un valor determinado. (aplicable cuando V<415V e I<82A: (aplicable cuando V<415V e I<82A: instalaciones BT)instalaciones BT)..

Contactor:Contactor: aparato mecaparato mecáánico de conexinico de conexióón con una sola posicin con una sola posicióón n de reposo estable (abierto o cerrado) capaz de ser accionado de reposo estable (abierto o cerrado) capaz de ser accionado por diferentes tipos de energpor diferentes tipos de energíía pero no la manual. Pueden a pero no la manual. Pueden establecer, interrumpir y soportar las corrientes normales de laestablecer, interrumpir y soportar las corrientes normales de lainstalaciinstalacióón y en ocasiones las de cortocircuiton y en ocasiones las de cortocircuito..

INTERRUPTORESINTERRUPTORES

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SECCIONADORES E INTERRUPTORES. SECCIONADORES E INTERRUPTORES. REPRESENTACCIREPRESENTACCIÓÓN SIMBN SIMBÓÓLICALICA

SINOSIAislamiento en posición “O”

SISINOManipulación en carga

Interrup.-seccion.InterruptorSeccionador

Seccionadores cony sin fusibles Interruptor-seccionador

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ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO DE LOS SECCIONADORESSICO DE LOS SECCIONADORES

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Interruptores seccionadoresde mando giratorio (son dispositivos de maniobra)

Interruptores automáticos (son dispositivos de protección)

ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO DE LOS INTERRUPTORESSICO DE LOS INTERRUPTORES

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ElectromagnElectromagnééticos:ticos: la fuerza necesaria para la fuerza necesaria para cerrar el circuito proviene de un cerrar el circuito proviene de un electroimelectroimáán.n.

NeumNeumááticos:ticos: la fuerza para efectuar la la fuerza para efectuar la conexiconexióón proviene de un circuito de aire n proviene de un circuito de aire comprimido.comprimido.

ElectroneumElectroneumááticosticos:: muy similares a los muy similares a los anterior; el circuito de aire comprimido estanterior; el circuito de aire comprimido estáágobernado por gobernado por electrovelectrováálvulaslvulas..

TIPOS DE CONTACTORESTIPOS DE CONTACTORES

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Solo cuando la bobina del contactor está alimentada, los contactos principales están cerrados y los contactos auxiliares conmutados.

CONTACTOR TRIFCONTACTOR TRIFÁÁSICOSICOR S T

Contactos principales

Contactos auxiliares

Resorte

Bobina dealimentaciónFlujo magnético

Armadura fija

Armadura móvil

EL CONTACTOR ELECTROMAGNEL CONTACTOR ELECTROMAGNÉÉTICOTICO

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REPRESENTACIREPRESENTACIÓÓN SIMBN SIMBÓÓLICA DEL LICA DEL CONTACTORCONTACTOR

Representación simbólica de los polos y de los contactos auxiliares

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Armadura móvil

R S TContacto auxiliar

Resorte

Armadura fija

M

N

Pulsador de paro

Pulsador de

marcha

Armadura móvil

R S TContacto auxiliar

Resorte

Armadura fija

M

N

Pulsador de paro

Pulsador de

marcha

Circuito de arranque y parada de un motor trifásico mediante contactor

ARRANQUE Y PARADA CON CONTACTORARRANQUE Y PARADA CON CONTACTOR

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ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO DE LOS CONTACTORESSICO DE LOS CONTACTORES

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AC-1: Se aplica a los receptores de c.a. con cos ϕ ≥ 0’95(calefacción, distribución…)

AC-2: Arranque, frenado a contracorriente y marcha por impulsos de los motores de anillos rozantes

AC-3: Arranque de los motores de jaula con corte del motor lanzado

AC-4: Arranque, frenado a contracorrientey marcha por impulsos de los motores de jaula

AC-5a, AC-5b, AC-6a…

CATEGORÍAS DE EMPLEO DE LOS CONTACTORES EN CORRIENTE ALTERNA

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CATEGORCATEGORÍÍAS DE EMPLEO ACAS DE EMPLEO AC--1, AC1, AC--2 Y AC2 Y AC--33

tarranque

t

I

Corte

AC-3

I cierre ≅ 5-7 In

I apertura ≅ In

tarranque

t

I

Corte

AC-4

I cierre ≅ 5-7 In

I apertura ≅ 5-7 In

t

I

Corte

AC-1

I cierre = I apertura

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CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DE LOS CONTACTORESSTICAS DE LOS CONTACTORES

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GUGUÍÍA DE ELECCIA DE ELECCIÓÓN DE LOS CONTACTORESN DE LOS CONTACTORES

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EMPLEO DE CONTACTORES EN ACEMPLEO DE CONTACTORES EN AC--33

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EMPLEO DE CONTACTORES EN ACEMPLEO DE CONTACTORES EN AC--2 Y AC2 Y AC--44

21CyA-T2

SOBRECARGAS: corrientes mayores que la nominal que se mantienen durante largo tiempo. Provienen de un mal dimensionadode la instalación, de un aumento de la carga del motor, de variaciones de tensión, etc. Producen aumento de las pérdidas y de la temperatura.

Dispositivos: Relés térmicos, relés con sondas térmicas, relés de máxima corriente y aparatos de funciones múltiples.

CORTOCIRCUITOS: corrientes muy elevadas debidas a fallos de aislamiento, averías en equipos, rotura de conductores, errores humanos etc. Producen los máximos esfuerzos térmicosy electrodinámicos de la instalación, por tanto, deben ser eliminados en un tiempo lo más breve posible.

Dispositivos: Cortacircuitos fusibles, disyuntores magnéticos y aparatos de funciones múltiples.

DISPOSITIVOS PARA LA PROTECCIDISPOSITIVOS PARA LA PROTECCIÓÓN N CONTRA SOBREINTENSIDADESCONTRA SOBREINTENSIDADES

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Permiten desconectar corrientes muy elevadasen un espacio mínimo.

Constan de un elemento fusible y de un medio de extinción del arco (are-na de cuarzo).

Cuanto mayor sea la co-rriente de defecto antes se funde el elemento fusible.

Sólo se pueden utilizar una vez.

Se caracterizan por su elevada capacidad de ruptura.

Carcasa de Carcasa de material material aislanteaislante

Asidero Asidero aisladoaislado

Indicador Indicador de fuside fusióónn

Cuchilla de Cuchilla de conexiconexióónn

Elemento Elemento fusiblefusible

CORTACIRCUITOS FUSIBLESCORTACIRCUITOS FUSIBLES

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ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO DE LOS FUSIBLESSICO DE LOS FUSIBLES

−F1

24CyA-T2

10-2

10-1

100

101

102

103

104

2 2 2101 102 1035 5

Tiempo de fusión ts (s)

Corriente (A)1045

Característicade fusión

Banda detolerancia

Corriente míni-ma de fusión

Aunque la curva acaba en 2*103 el fusible es capaz de

cortar corrientes mayores. Su poder de corte lo suministra

el fabricante

Aunque la curva acaba en Aunque la curva acaba en 2*102*103 3 el fusible es capaz de el fusible es capaz de

cortar corrientes mayores. Su cortar corrientes mayores. Su poder de corte lo suministra poder de corte lo suministra

el fabricanteel fabricante

CORTACIRCUITOS FUSIBLES.CORTACIRCUITOS FUSIBLES.CURVAS CARACTERCURVAS CARACTERÍÍSTICASSTICAS

25CyA-T2

EMPLEO DE FUSIBLES EN MOTORESEMPLEO DE FUSIBLES EN MOTORESSe utilizan fusibles tipo aM. Estos fusibles protegen contra los cortocircuitos pero no ofrecen protección contra las sobrecargas. Normalmente deben tener un calibre superior a la corriente del circuito protegido a plena carga.

Los fusibles se emplean poco en la protección de motores eléctricos ya que poseen las siguientes limitaciones:

− Es necesario reemplazarlos en caso de fusión y por lo tanto disponer siempre del repuesto necesario.

− Se comercializan con calibres muy distanciados, por lo que puede ser difícil encontrar el adecuado a cada caso.

− El tiempo de fusión es una característica que presenta una dispersión elevada respecto de sus valores nominales.

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DISYUNTORES MAGNDISYUNTORES MAGNÉÉTICOSTICOS

Protegen los circuitos contra los cortocircuitos.Protegen los circuitos contra los cortocircuitos.

Interrumpen el circuito abriendo los polos por medio de Interrumpen el circuito abriendo los polos por medio de disparadores magndisparadores magnééticos (uno por fase).ticos (uno por fase).

El elemento de disparo magnEl elemento de disparo magnéético es una bobina por la tico es una bobina por la que circula la corriente a controlar. Cuando la corriente que circula la corriente a controlar. Cuando la corriente alcanza un determinado valor, la bobina alcanza un determinado valor, la bobina ““atraeatrae”” a una a una pieza metpieza metáálica cuyo movimiento provoca el disparo de lica cuyo movimiento provoca el disparo de la proteccila proteccióón. n.

Se vuelven a poner en servicio por un simple rearme.Se vuelven a poner en servicio por un simple rearme.

Dependiendo del tipo de disyuntor, el umbral de Dependiendo del tipo de disyuntor, el umbral de disparo puede ser fijo o ajustable por el usuario.disparo puede ser fijo o ajustable por el usuario.

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ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO Y REPRESENTACISICO Y REPRESENTACIÓÓN DE N DE LOS DISYUNTORESLOS DISYUNTORES

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RELRELÉÉS TS TÉÉRMICOSRMICOS

• Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores contra las sobrecargas.

• Son compensados, es decir, insensibles a los cambios de la temperatura ambiente.

• Son sensibles a la falta de una fase, por lo que evitan el funcionamiento como monofásico de un motor trifásico.

• Durante la fase de arranque del motor deben permitir la sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente y activarse únicamente si dicho pico, es decir, la duración del arranque, resulta excesivamente larga.

• El rearme no es posible hasta que no se enfrían las láminas bimetálicas.

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ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO Y REPRESENTACISICO Y REPRESENTACIÓÓN DE N DE LOS RELLOS RELÉÉS TS TÉÉRMICOSRMICOS

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La corriente regulada es La corriente regulada es aquella para la que se aquella para la que se ha ajustado el disparo ha ajustado el disparo del reldel reléé ttéérmico rmico IrIr..

Para valores de la Para valores de la corriente menores que corriente menores que IrIr el relel reléé no dispara.no dispara.

Para corrientes mucho Para corrientes mucho mayores que mayores que IrIr el el tiemtiem--popo necesario para el necesario para el disdis--paro es cada vez menor.paro es cada vez menor.1

10

103

104

105

1 4 70,5 3 62 5

Tiempo de disparo (s)

Múltiplos de la corriente regulada (A)98

102

10 11 12 13

Curva de disparo

I=Ir

RELRELÉÉS TS TÉÉRMICOS. CURVAS RMICOS. CURVAS CARACTERCARACTERÍÍSTICASSTICAS

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CLASES DE RELCLASES DE RELÉÉSS

En cada aplicación deberá utilizarse un relé adaptado a la duración del arranque normal para que no se produzca el disparo durante el mismo.

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Protegen simultáneamente contra sobrecargas y contra cortocircuitos.

Disponen de un elemento de disparo térmico, como los relés térmicos, que se encarga de actuar cuando se produce una sobrecarga.

El elemento de disparo magnético protege contra cortocircuitos.

La curva característica de respuesta de un interruptor magnetotérmico consta de dos zonas una para el disparo térmico y otro para el magnético.El cierre suele ser manual y la apertura automática.

INTERRUPTORES MAGNETOTINTERRUPTORES MAGNETOTÉÉRMICOSRMICOS

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10-2

10-1

100

101

102

103

104

102 103 1045 5 52 2

Tiempo de disparo (s)

Corriente (A)

52

Im

Característicade disparo

Banda detolerancia

Ir

Ir: Corriente de reacción de disparo por sobrecargaIm: Corriente de reacción de disparo por cortocircuitoIr: Corriente de reacción de disparo por sobrecarga

Im: Corriente de reacción de disparo por cortocircuito

Capacidad nominal de

ruptura

Capacidad nominal de

ruptura

Existen interruptores con

Im ajustable

INTERRUPTORES MAGNETOTINTERRUPTORES MAGNETOTÉÉRMICOS. RMICOS. CURVAS CARACTERCURVAS CARACTERÍÍSTICASSTICAS

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ASPECTO FASPECTO FÍÍSICO Y REPRESENTACISICO Y REPRESENTACIÓÓN DE N DE LOS INTERRUPTORES MAGNETOTLOS INTERRUPTORES MAGNETOTÉÉRMICOSRMICOS

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Termistores: semiconductores cuya resistencia varía bruscamente cuando la temperatura alcanza un valor determinado.PTC: coef. térmico positivoNTC: coef. térmico negativo

Un dispositivo que mide la resistencia actúa en el circuito de mando y partir de una cierta temperatura (resistencia) puede activar una alarma o provocar la

desconexión.

Protegen contra los calentamientos (sobrecargas,

arranques frecuentes, arranque prolongado, fallos del circuito de

ventilación …)

Este sistema controla la temperatura real del elemento protegido mediante sondas colocadas normalmente durante la fabricación.Las sondas miden la temperatura con gran precisión, son de tamaño reducido y tienen una inercia térmica muy pequeña que garantiza un tiempo de respuesta muy corto.

RELRELÉÉS CON SONDAS DE TERMISTORESS CON SONDAS DE TERMISTORES

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CIRCUITOS DE POTENCIA Y DE CONTROLCIRCUITOS DE POTENCIA Y DE CONTROL

2

Control mediante dos pulsadores S1 y S2

Circuito de

potencia

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REFERENCIAS BIBLIOGRREFERENCIAS BIBLIOGRÁÁFICASFICAS

Merino, Merino, J.MJ.M.: Arranque industrial de motores as.: Arranque industrial de motores asííncronos. ncronos. McGrawMcGraw--Hill, 1995.Hill, 1995.Manual electrotManual electrotéécnico. cnico. TelesquemarioTelesquemario. Edici. Edicióón de n de SchneiderSchneiderElectricElectric, 1999., 1999.RogerRoger, J.; Riera, M.; Rold, J.; Riera, M.; Roldáán, C.: Tecnologn, C.: Tecnologíía ela elééctrica. ctrica. EdEd. . SSííntesis, 2000.ntesis, 2000.Material didMaterial didááctico del Departamento de Ingenierctico del Departamento de Ingenieríía Ela Elééctrica, ctrica, ElectrElectróónica de Computadores y Sistemas. Universidad de nica de Computadores y Sistemas. Universidad de Oviedo.Oviedo.OOñóñóss, E.; Ram, E.; Ramíírez, J.; Ruiz, F.: Maniobra, mando y control rez, J.; Ruiz, F.: Maniobra, mando y control elelééctricos. CEAC, 1989.ctricos. CEAC, 1989.DocumentaciDocumentacióón tn téécnica y catcnica y catáálogos electrotlogos electrotéécnicos comerciales.cnicos comerciales.