المرافق البحثية في قسم الهندسة الكهربائية

يستضيف قسم الهندسة الكهربائية منصة بحثية متقدمة للإلكترونيات القدرة مبنية على نظام  OP4512  للمحاكاة في الزمن الحقيقي، تتيح نمذجة عالية الدقة، وتصميماً أولياً سريعاً، وتنفيذ تجارب المحاكاة مع العتاد (HIL) لأنظمة القوى الحديثة ومحولات الإلكترونيات القدرة.
تدعم المنصة تطوير وتحقق استراتيجيات التحكم الخاصة بتكامل مصادر الطاقة المتجددة، وتحسين جودة الطاقة، وتشغيل الشبكات الصغيرة، وحماية المحولات على مستوى العتاد باستخدام تنفيذ في الزمن الحقيقي ضمن ظروف حتمية.

يرتبط جهاز المحاكاة OP4512  بمنضدة تدريب قابلة للتهيئة في مجال الإلكترونيات القدرة، مما يمكّن الباحثين من حقن إشارات تحكم حقيقية في العتاد أثناء عمليات المحاكاة في الزمن الحقيقي. هذا التكامل يسمح بانتقال سلس من المحاكاة إلى HIL ثم إلى التنفيذ المادي، مما يقلل دورات التطوير بشكل كبير ويحسن موثوقية البحث العلمي.

تم إنشاء منصة OPAL-RT للإلكترونيات القدرة والمحاكاة في الزمن الحقيقي من أجل:

• تمكين المحاكاة في الزمن الحقيقي لمحولات الإلكترونيات القدرة، والشبكات الصغيرة، وأنظمة الحماية باستخدام OP4512.
• إجراء اختبارات Controller-HIL  و Power-HIL للتحقق من خوارزميات التحكم قبل التنفيذ الفعلي.
• دعم البحوث المتقدمة في مجالات تكامل الطاقة المتجددة، والشبكات الصغيرة بنوعيها DC/AC، وأنظمة STATCOM، وMPPT، وFACTS، واستراتيجيات الاستمرارية أثناء الأعطال.
• تسهيل أبحاث الماجستير والدكتوراه من خلال التحقق التجريبي للنماذج المعقدة في بيئة آمنة وقابلة لإعادة التكرار.
• تدريب الطلبة والباحثين على بيئات المحاكاة الرقمية في الزمن الحقيقي المستخدمة في الصناعة والأوساط الأكاديمية عالمياً.
• ربط التصاميم النظرية بالتنفيذ التجريبي، مما يقلل المخاطر ويسرّع دورات الابتكار.

القدرات ونطاق البحث

• محاكاة في الزمن الحقيقي لأنظمة متعددة المحولات (DC-DC, DC-AC, AC-AC)
• اختبار مغلق الحلقة (HIL) باستخدام MATLAB/Simulink وRT-LAB
• تحليل الاستقرار والتوافقيات والحماية أثناء اضطرابات الشبكة
• أبحاث المحولات المولّدة للشبكة والمتتبعة لها (Grid-forming / Grid-following Inverters)
• إدارة طاقة الشبكات الصغيرة والتحقق من تحمل الأعطال
• النمذجة الأولية السريعة لتقنيات التحكم القائمة على الذكاء الاصطناعي والتحكم التنبئي

الأجهزة المستخدمة

• جهاز المحاكاة في الزمن الحقيقي OPAL-RT OP4512
• منضدة تدريب في إلكترونيات القدرة تحتوي على مراحل محولات قابلة للتهيئة
• توسعة إدخال/إخراج رقمية وتناظرية لاختبارات Controller-HIL
• بيئة تكامل MATLAB/Simulink RT-LAB
• دعم التكامل مع أنظمة dSPACE 1104 وMicroLab Box

يحتوي مختبر أبحاث قسم الهندسة الكهربائية على أدوات متقدمة مثل MicroLab Box 1202 وdSPACE 1104، والتي توفر منصة قوية لإجراء البحوث المتقدمة في أنظمة التحكم، والمحاكاة في الزمن الحقيقي، واختبارات Hardware-in-the-Loop (HIL) . يُعد جهاز MicroLab Box 1202   نظاماً متكاملاً ومتعدد الاستخدامات صُمم لتطوير واختبار خوارزميات التحكم بسرعة وكفاءة، حيث يتميز بقوة حسابية عالية وتنوع كبير في منافذ الإدخال والإخراج. أما نظام dSPACE 1104  فيوفر قدرات معالجة في الزمن الحقيقي، مما يجعله مثالياً لتطوير واختبار استراتيجيات التحكم المعقدة.

تتيح هذه الأنظمة للباحثين والطلاب إمكانية النمذجة والمحاكاة والتنفيذ العملي لتطبيقات التحكم المتقدمة، مما يربط البحث النظري بالتطبيق العملي بفاعلية.

الأهداف والوظائف

• توفير منصة للباحثين والطلاب لإجراء دراسات متقدمة في أنظمة التحكم الكهربائي والإلكتروني، وتمكين تطوير واختبار والتحقق من خوارزميات التحكم المعقدة.
• إجراء محاكاة في الزمن الحقيقي تساعد الباحثين على توقع سلوك الأنظمة في ظروف واقعية.
• سد الفجوة بين النماذج النظرية والتنفيذ المادي من خلال اختبارات HIL  التي تدمج العتاد الحقيقي مع بيئات محاكاة دقيقة.
• دعم التطوير السريع للنماذج الأولية والخوارزميات بفضل القدرات الحسابية العالية وتنوع الواجهات في MicroLab Box 1202.
• تشجيع الباحثين والطلاب على تطبيق مفاهيم التحكم النظرية في بيئة عملية تفاعلية تعزز الفهم من خلال التجربة.
• توفير بيئة بحثية متقدمة تشجع على الابتكار في تطبيقات التحكم، وإعداد الطلبة لمواجهة التحديات الهندسية الواقعية.
• استخدام نظام dSPACE 1104  لتدريب الطلاب على تطوير استراتيجيات تحكم قابلة للتطبيق في الأنظمة الديناميكية في الزمن الحقيقي

تُعد منظومة أنظمة القوى الكهربائية مرفقاً متقدماً يهدف إلى توفير تجربة عملية متكاملة في مجال هندسة القوى الكهربائية. تتكون المنظومة من منصات تعليمية متطورة، ومكونات صناعية عالية الجودة، وبرمجياتSCADA  المفتوحة، مما يتيح بيئة شاملة للتعلم والبحث في أربع مجالات رئيسية:

1. توليد الطاقة الكهربائية
2. نقل وتوزيع الطاقة
3. استخدام الطاقة الكهربائية
4. تقنيات الحماية

يتيح هذا النظام للطلاب والباحثين التعامل مع محاكاة واقعية لأنظمة القوى، مما يساعدهم على اكتساب مهارات في المراقبة والتحكم وتحليل الأعطال وتحسين الأداء. تركّز المنظومة على تعزيز الكفاءة والسلامة، وإعداد الطلبة لمواجهة التحديات العملية في هندسة القوى الكهربائية مع تنمية المهارات التقنية والابتكار البحثي.

الأهداف التعليمية والبحثية

• إتاحة الفرصة للطلاب والباحثين لاكتساب خبرة عملية في مجال هندسة القوى الكهربائية من خلال التفاعل مع منصات تعليمية ومكونات صناعية وبرمجيات  SCADA  
• دراسة استجابة المولد في التشغيل المعزول، ومشكلات التزامن، وحماية النظام الكهربائي.
• إجراء تجارب على الدائرة المفتوحة والمغلقة للمولدات، واختبارات القصر، وتحليل خصائص الحمل.
• دراسة الحماية في خطوط النقل ثلاثية الطور، وأنظمة القضبان المزدوجة (Double Bus Bar Systems)، وخطوط النقل المتوازية، وحماية المحولات.
• تنمية المهارات في مجالات التوليد والنقل والتوزيع والاستخدام الأمثل للطاقة الكهربائية.
• تعزيز الكفاءة في مراقبة الأنظمة الكهربائية والتحكم بها.
• تمكين تحليل الأعطال وتحسين أداء أنظمة القوى.
• تدريب الباحثين على استخدام أنظمة SCADA   والمعدات الصناعية في بيئة آمنة ومهنية
• إعداد الطلبة لمواجهة التحديات الواقعية في مجالات الطاقة الكهربائية.

يحتوي القسم على محاكي الشبكة المتجددة NHR 9410، وهو نظام مصمم لاختبار محولات الطاقة المتصلة بالشبكة، ووحدات التحكم في الشبكات الصغيرة (Microgrid Controllers) ، وواجهات الطاقة المتجددة، واستراتيجيات التوافق مع الشبكة تحت ظروف تيار متردد قابلة للبرمجة. يوفر النظام تشغيلًا رباعي الأرباع مع خاصية استرجاع الطاقة (Regeneration) ، مما يسمح بحقن وامتصاص الطاقة من الشبكة أثناء التجارب بسلاسة، دون الحاجة إلى أحمال تبديد خارجية كبيرة، وبالتالي تحسين كفاءة الطاقة وسلامة التشغيل.

الأهداف

يتيح مقعد اختبار NHR 9410 للباحثين والطلاب ما يلي:

• محاكاة ظروف الشبكة الضعيفة أو المشوهة أو المعطوبة لاختبار توافق المحولات.
• التحقق من خوارزميات التحكم في العاكسات، ومكافحة العزل (Anti-Islanding)، واستراتيجيات المرور خلال الجهد المنخف (LVRT/FRT)، والتحكم بالتردد (Droop Control)، والمزامنة.
• إجراء اختبارات ما قبل الاعتماد وفقًا للمعايير الدولية مثل IEEE-1547 وIEC-61000 وUL-1741.
• اختبار الشبكات الصغيرة التي تعمل بالتيار المتردد تحت ظروف مبرمجة تشمل اختلال الأطوار، وتذبذب الجهد (Flicker)، والانخفاضات والارتفاعات المفاجئة، والتوافقيات.
• دعم عمليات الاختبار ذات الاسترجاع الطاقي لتقليل الهدر الحراري واستهلاك الطاقة.

القدرات ونطاق البحث

• شبكة تيار متردد قابلة للبرمجة من 0 إلى 350 فولت، وتردد بين 45 إلى 100 هرتز، مع إمكانية التحكم بالطور.
• إدخال اضطرابات في الزمن الحقيقي (انخفاض، ارتفاع، تقطع، توافقيات، قفزة طور).
• تشغيل رباعي الأرباع مع استرجاع طاقة كامل.
• أبحاث استمرارية التشغيل أثناء الأعطال (Fault Ride-Through) والعزل مع التحكم المغلق الحلقة.
• التكامل مع أنظمة OPAL-RT وdSPACE لاختبارات متزامنة في الزمن الحقيقي.

الأجهزة المستخدمة

• محاكي الشبكة المتجددة NHR 9410
• خرج تيار متردد قابل للبرمجة مع تشكيل التوافقيات
• واجهة إدخال/إخراج لمزامنة وحدات التحكم وتسجيل البيانات
• توافق كامل مع بيئات  OPAL-RT OP4512 وdSPACE 1104 HIL

يستضيف القسم نظام  Lucas-Nülle CO4203-4k للطاقة الكهروضوئية، والمصمم لدراسة مفصلة والتحقق التجريبي من توليد الطاقة الشمسية، والتحكم في أقصى نقطة قدرة (MPPT)، وسلوك الارتباط بالشبكة، وتكامل الأنظمة الهجينة. يوفر النظام محاكاة ضوئية وبرمجية واقعية، مع إمكانية ضبط الإشعاع ودرجة الحرارة، وواجهات قياس دقيقة تدعم التعليم والبحث في هندسة الطاقة الشمسية الحديثة.

الأهداف

يُستخدم النظام  CO4203-4k من أجل:

• دراسة خصائص الألواح الكهروضوئية تحت ظروف إشعاع وحرارة مضبوطة.
• التحقق من خوارزميات  MPPT باستخدام منحنيات  I–V و P–V الحقيقية.
• دراسة الأنظمة الشمسية المتصلة بالشبكة والمنفصلة عنها.
• تدريب الطلاب على تصميم أنظمة الطاقة الشمسية، وربطها بالشبكة، ومتطلبات السلامة والحماية.
• دعم أبحاث التكامل الهجين مع أنظمة التخزين والمحولات والشبكات الصغيرة.
• تمكين التحقق العملي من استراتيجيات التحكم في الأنظمة الشمسية.

القدرات ونطاق البحث

• محاكاة إشعاع ودرجة حرارة قابلة للبرمجة لمحاكاة بيئة شمسية واقعية.
• قياس منحنيات  I–V وP–V  في الزمن الحقيقي تحت ظروف متغيرة.
• دراسة تقنيات  MPPT باستخدام طرق التوصيل/الانحدار التدريجي (P&O) والتحكم الغامض/الذكاء الاصطناعي.
• تجارب على التحويل  DC–DC وDC–AC وتنسيق الحماية.
• التكامل مع  OPAL-RT و dSPACE لدعم سيناريوهات المحاكاة في الزمن الحقيقي.
• دعم مشاريع المختبرات، وأبحاث الماجستير والدكتوراه.

الأجهزة المستخدمة

• منصة التدريب والبحث Lucas-Nülle CO4203-4k
• وحدات محاكاة ضوء الشمس ودرجة الحرارة قابلة للبرمجة
• مراحل تحويل  DC–DC و DC–AC مع أدوات القياس والمراقبة
• واجهة برمجية لقياس البيانات والتحكم الإشرافي

يحتوي القسم على نظام  Lucas-Nülle CO4204-9T لتقنيات الهوائيات، والذي يمكّن المستخدمين من إجراء تجارب عملية في نظرية وتصميم وقياس الهوائيات وسلوك الإشعاع.
يدعم النظام دراسة الخصائص الأساسية للهوائيات مثل نمط الإشعاع، الكسب، الاتجاهية، عرض النطاق، والمعاوقة، باستخدام وحدات قابلة للتهيئة ومجسات قياس دقيقة.

الأهداف

• دراسة أنماط الإشعاع، والكسب، والاتجاهية، والمعاوقة لمختلف أنواع الهوائيات.
• إجراء تجارب على الهوائيات ثنائية القطب، وأحادية القطب، والرقعية، والحلقية، والمصفوفية.
• التحقق من النماذج النظرية من خلال القياسات العملية.
• فهم مفاهيم المطابقة وشبكات التغذية في أنظمة الترددات الراديوية.
• دعم الأبحاث التطبيقية في الاتصالات اللاسلكية، والرادار، وإنترنت الأشياء.

القدرات ونطاق البحث

• وحدات مدمجة لأنواع متعددة من الهوائيات (رقعية، ياغي، دورية لوغاريتمية، وغيرها).
• قياس أنماط الإشعاع القطبية باستخدام وحدة استشعار دوّارة.
• تحليل المعاوقة ونسبة الموجة الراجعة (VSWR) عبر شبكات المطابقة.
• مقارنة السلوك في المجالات القريبة والبعيدة تحت ظروف مضبوطة.
• التكامل مع محللات الطيف (Spectran HF/NF) لدراسة الإشعاع وجودة الروابط اللاسلكية.
• دعم مختبرات البكالوريوس، والمشاريع النهائية، والأبحاث المتقدمة في مجال الترددات الراديوية.

الأجهزة المستخدمة

• منصة تدريب وقياس الهوائيات Lucas-Nülle CO4204-9T
• عناصر هوائيات معيارية وهياكل تغذية قابلة للتهيئة
• قوس دوّار لقياس الهوائيات مزود بمسبار كشف
• واجهة لربط محللات الطيف الخارجية وبرامج تسجيل البيانات

توفر منصة المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة بيئة متكاملة لتطوير الأنظمة المدمجة، والتوصيل البيني، وأبحاث التحكم في الزمن الحقيقي. تتضمن المنظومة عدة وحدات مثل  DL3155BRS-M24 الخاصة بوحدات التحكم الدقيقة، و DL3155E24R الخاصة بالمعالجات الدقيقة بنية Cortex-M3

الأهداف

• تمكين التدريب العملي على تعليمات البرمجة المنخفضة المستوى (Assembly) وتنفيذ الأنظمة المضمنة المتقدمة.
• تنفيذ تجارب على متحكمات PIC16 / PIC18 / PIC24 / PIC32 للتحكم الرقمي والقياس وتحويل الإشارات.
• دراسة هيكلة المعالجات الدقيقة 32-بت واستخدام بيئة التطوير  MASM ولغة C .
• تنفيذ بروتوكولات الاتصال، والحسابات العددية، وتطبيقات التحكم لأنظمة القدرة والاتصالات والأتمتة.

الأجهزة المستخدمة

• طقم التحكم الدقيق  DL3155BRS-M24 مع لوحات وحدات PIC
• وحدة المعالج الدقيق  DL3155E24R بنية Cortex-M3
• بيئة تطوير MASM (Microsoft Assembler)
• وحدات تطبيق مدمجة مثل شاشات العرض الرقمية، وأنظمة إشارات المرور، وشاشات  LCD و7-Segment وغيرها

يضم القسم آلة  LPKF ProtoMat S63 لتصنيع الدوائر المطبوعة (PCB) بسرعة داخل المختبر، مما يتيح إنتاجاً فورياً للنماذج الأولية للبحوث والتطبيقات التعليمية دون الحاجة إلى عمليات كيميائية.
يدعم النظام تصنيع الدوائر أحادية الوجه ومزدوجة ومتعددة الطبقات، مما يسمح بالانتقال السريع من التصميم إلى التنفيذ العملي.

الأهداف

• تصميم وتنفيذ الدوائر الإلكترونية للتحكم بالمحوّلات، والأنظمة المدمجة، وإنترنت الأشياء، وأجهزة القياس.
• التحقق من نتائج البحوث الإلكترونية من خلال لوحات تحكم مصنعة فعلياً.
• تقليل الاعتماد على خدمات التصنيع الخارجية وتسريع دورة التطوير البحثي.
• دعم مشاريع التخرج والماجستير والدكتوراه بإمكانيات تصنيع داخلية.
• تمكين إنتاج آمن وسريع للدوائر المطبوعة في بيئة أكاديمية خالية من المواد الكيميائية.

القدرات ونطاق البحث

• طحن عالي السرعة مع تغيير تلقائي للأدوات.
• تصميم دوائر  RF والتناظرية ودارات القدرة.
• دعم طلاء الثقوب (Through-Hole Plating) للدوائر متعددة الطبقات.
• دقة عالية لوضع مكونات  SMD الدقيقة.
• تكامل مع أدوات التصميم الإلكتروني Altium, KiCAD, Eagle

الأجهزة المستخدمة

• آلة الطحن LPKF ProtoMat S63
• طاولة تفريغ مع حساسات تحكم بالعمق
• مخزن أدوات للتصنيع متعدد المراحل
• برمجية  CAM للتوجيه والحفر الآلي