المبدل (الكهربائي)

المبدل هو مفتاح كهربائي دوار في أنواع معينة من المحركات والمولدات الكهربائية ، يعمل على عكس اتجاه التيار بشكل دوري بين الدوار والدائرة الخارجية. يتكون من أسطوانة تضم عدة أجزاء معدنية موصلة على العضو الدوار للآلة. يضغط اثنان أو أكثر من الموصلات الكهربائية ، تُسمى " الفرش "، والمصنوعة من مادة موصلة لينة كالكربون ، على المبدل، مما يُحدث احتكاكًا انزلاقيًا مع أجزاء المبدل المتتالية أثناء دورانه. وتتصل ملفات الأسلاك الموجودة على العضو الدوار بأجزاء المبدل.

تُستخدم المبدلات في آلات التيار المستمر ، مثل الدينامو (مولدات التيار المستمر) والعديد من محركات التيار المستمر ، بالإضافة إلى المحركات العامة . في المحرك، يُطبّق المبدل التيار الكهربائي على الملفات. ومن خلال عكس اتجاه التيار في الملفات الدوارة مع كل نصف دورة، يتم توليد قوة دوران ثابتة ( عزم دوران ). أما في المولد، فيلتقط المبدل التيار المتولد في الملفات، ويعكس اتجاهه مع كل نصف دورة، ليعمل كمقوم ميكانيكي لتحويل التيار المتردد من الملفات إلى تيار مستمر أحادي الاتجاه في دائرة الحمل الخارجية. وقد بُني أول جهاز يعمل بالتيار المستمر من نوع المبدل، وهو الدينامو ، على يد هيبوليت بيكسي عام 1832، بناءً على اقتراح من أندريه ماري أمبير .

تُعتبر المبدلات غير فعالة نسبياً، كما أنها تتطلب صيانة دورية مثل استبدال الفُرَش. ولذلك، فإن استخدام الآلات ذات المبدلات آخذ في التراجع، حيث يتم استبدالها بآلات التيار المتردد ، وفي السنوات الأخيرة بمحركات التيار المستمر عديمة الفُرَش التي تستخدم مفاتيح أشباه الموصلات .

يتكون المبدل من مجموعة من قضبان التلامس المثبتة على عمود الدوران في الآلة، والمتصلة بملفات العضو الدوار. عند دوران العمود، يعكس المبدل اتجاه التيار في الملف. بالنسبة لملف عضو دوار واحد، عندما يُكمل العمود نصف دورة، يصبح الملف متصلاً بحيث يمر التيار فيه في الاتجاه المعاكس للاتجاه الأصلي. في المحرك، يتسبب تيار العضو الدوار في توليد مجال مغناطيسي ثابت يُؤثر بقوة دورانية، أو عزم دوران ، على الملف ليُديره. في المولد، يُحافظ عزم الدوران الميكانيكي المُطبق على العمود على حركة ملف العضو الدوار عبر المجال المغناطيسي الثابت، مما يُحفز مرور تيار في الملف. في كلتا الحالتين، المحرك والمولد، يعكس المبدل دوريًا اتجاه تدفق التيار عبر الملف بحيث يستمر تدفق التيار في الدائرة الخارجية للآلة في اتجاه واحد فقط.

أبسط مُبدِّل عملي

تحتوي المبدلات العملية على ثلاثة أجزاء تلامس على الأقل، لمنع حدوث "نقطة ميتة" حيث تلامس فرشاتان جزأين فقط من المبدل في آن واحد. تُصنع الفرشات أعرض من الفجوة المعزولة، لضمان تلامسها الدائم مع ملف العضو الدوار. في المبدلات ذات الأجزاء الثلاثة على الأقل، على الرغم من إمكانية توقف الدوار في وضع تلامس فيه جزأين من المبدل فرشاة واحدة، إلا أن هذا يُعطل ذراعًا واحدًا فقط من ذراعي الدوار بينما تستمر الأذرع الأخرى في العمل بشكل صحيح. وبفضل الأذرع المتبقية، يستطيع المحرك توليد عزم دوران كافٍ لبدء دوران الدوار.

يتكون المبدل من مجموعة من القطع النحاسية المثبتة حول جزء من محيط الآلة الدوارة، أو الدوار، ومجموعة من الفرش الزنبركية المثبتة على الإطار الثابت للآلة. تتصل فرشتان ثابتتان أو أكثر بالدائرة الخارجية، إما كمصدر للتيار للمحرك أو كحمل للمولد.

تتصل أجزاء المبدل بملفات المحرك، ويتوقف عدد الملفات (وأجزاء المبدل) على سرعة المحرك وجهده. قد تحتوي المحركات الكبيرة على مئات الأجزاء. كل جزء موصل من المبدل معزول عن الأجزاء المجاورة. استُخدم الميكا في المحركات القديمة، ولا يزال يُستخدم في المحركات الكبيرة. تُستخدم العديد من مواد العزل الأخرى لعزل المحركات الصغيرة؛ فالبلاستيك، على سبيل المثال، يُتيح تصنيع العازل بسرعة. تُثبّت الأجزاء على العمود باستخدام وصلة على شكل ذيل الحمام على حواف أو أسفل كل جزء. تُضغط أسافين عازلة حول محيط كل جزء للحفاظ على استقرار المبدل الميكانيكي خلال نطاق تشغيله الطبيعي.

في محركات الأجهزة الصغيرة والأدوات، تُثبّت الأجزاء عادةً بشكل دائم ولا يمكن إزالتها. عند تعطل المحرك، يُستبدل. أما في الآلات الصناعية الكبيرة (ذات قدرة تتراوح من عدة كيلوواط إلى آلاف الكيلوواط)، فمن المجدي اقتصاديًا استبدال الأجزاء التالفة بشكل فردي، ولذلك يمكن فكّ الجزء الطرفي وإزالة الأجزاء التالفة واستبدالها.

يُشار عادةً إلى استبدال أجزاء النحاس والميكا باسم "إعادة التعبئة". تُعد المبدلات القابلة لإعادة التعبئة ذات الوصلات المتداخلة هي البنية الأكثر شيوعًا للمبدلات الصناعية الأكبر حجمًا، ولكن يمكن أيضًا تصنيع المبدلات القابلة لإعادة التعبئة باستخدام أشرطة خارجية مصنوعة من الألياف الزجاجية (بنية ذات أشرطة زجاجية) أو حلقات فولاذية مطروقة (بنية من نوع حلقة الانكماش الفولاذية الخارجية وبنية من نوع حلقة الانكماش الفولاذية الداخلية).

أصبحت المبدلات المصبوبة ذات الاستخدام الواحد، والتي كانت شائعة في محركات التيار المستمر الصغيرة، أكثر استخدامًا في المحركات الكهربائية الكبيرة. لا يمكن إصلاح هذه المبدلات، ويجب استبدالها في حال تلفها.

إضافةً إلى طرق التسخين وعزم الدوران والضغط الشائعة لتجهيز المبدلات، تتطلب بعض تطبيقات المبدلات عالية الأداء عملية "تجهيز بالدوران" أكثر تكلفةً وتخصصًا، أو اختبار الدوران بسرعة عالية لضمان استقرار الأجزاء الفردية ومنع التآكل المبكر لفرش الكربون. وتُعد هذه المتطلبات شائعة في تطبيقات الجر، والتطبيقات العسكرية، والفضاء، والطاقة النووية، والتعدين، والتطبيقات عالية السرعة، حيث يمكن أن يؤدي فشل التثبيت وبروز الأجزاء أو العوازل إلى عواقب سلبية وخيمة.

يؤدي الاحتكاك بين الأجزاء والفرش في النهاية إلى تآكل كلا السطحين. فرش الكربون، المصنوعة من مادة أكثر ليونة، تتآكل بشكل أسرع، وقد تُصمّم بحيث يمكن استبدالها بسهولة دون الحاجة إلى تفكيك الجهاز. أما فرش النحاس القديمة، فقد تسببت في تآكل أكبر للمبدل، مما أدى إلى ظهور أخاديد عميقة وتشققات في السطح مع مرور الوقت.

لا يُصمّم المبدل في المحركات الصغيرة (ذات قدرة أقل من كيلوواط) ليتم إصلاحه طوال عمر الجهاز. أما في المعدات الصناعية الكبيرة، فيمكن إعادة تسوية سطح المبدل باستخدام مواد كاشطة، أو يمكن إزالة الدوّار من الإطار، وتركيبه في مخرطة معدنية كبيرة ، ثم إعادة تسوية سطح المبدل بتقليل قطره. وقد تتضمن أكبر المعدات ملحقًا للخراطة فوق المبدل مباشرةً.

استخدمت الآلات القديمة فرشًا مصنوعة من أسلاك نحاسية لتلامس سطح المبدل. إلا أن هذه الفرش المعدنية الصلبة كانت تميل إلى خدش وتخديد أجزاء المبدل الملساء، مما استدعى في النهاية إعادة تسوية سطحه. ومع تآكل الفرش النحاسية، كان الغبار وقطع الفرشاة تتراكم بين أجزاء المبدل، مما يؤدي إلى حدوث تماس كهربائي وانخفاض كفاءة الجهاز. وفرت شبكة أو شاش من الأسلاك النحاسية الدقيقة تلامسًا أفضل للسطح مع تقليل تآكل الأجزاء، لكن فرش الشاش كانت أغلى ثمنًا من فرش الأسلاك النحاسية الشريطية أو السلكية.

تستخدم الآلات الدوارة الحديثة المزودة بمبدلات التيار بشكل شبه حصري فرش الكربون، والتي قد تحتوي على مسحوق النحاس لتحسين التوصيل الكهربائي. توجد فرش النحاس المعدنية في محركات الألعاب أو المحركات الصغيرة جدًا، مثل المحرك الموضح أعلاه، وفي بعض المحركات التي تعمل بشكل متقطع للغاية، مثل محركات بدء تشغيل السيارات.

تعاني المحركات والمولدات من ظاهرة تُعرف باسم "رد فعل المحرك"، ومن آثارها تغيير موضع انعكاس التيار في الملفات مع تغير الحمل. في الآلات القديمة، كانت الفرش مثبتة على حلقة مزودة بمقبض. أثناء التشغيل، كان من الضروري ضبط موضع حلقة الفرش لضبط عملية التبديل وتقليل الشرارة عند الفرش. تُعرف هذه العملية باسم "تحريك الفرش".

شهدت عملية ضبط التبديل وتقليل الشرارة عند الفرش تطورات عديدة. من بينها تطوير "فرش عالية المقاومة"، وهي فرش مصنوعة من مزيج من مسحوق النحاس والكربون. ^{[ 3 ]} ورغم وصفها بالفرش عالية المقاومة، إلا أن مقاومتها كانت في حدود الميلي أوم، وتعتمد القيمة الدقيقة على حجم الآلة ووظيفتها. كما أن الفرش عالية المقاومة لم تكن مصممة على شكل فرشاة تقليدية، بل على شكل كتلة كربونية ذات سطح منحني ليتناسب مع شكل المبدل.

تُصنع الفرشاة ذات المقاومة العالية أو الفرشاة الكربونية بحجم كبير بحيث يكون عرضها أكبر بكثير من عرض الجزء العازل الذي تغطيه (وفي الآلات الكبيرة، قد تغطي جزأين عازلين). ونتيجةً لذلك، عندما يمر جزء المبدل من أسفل الفرشاة، ينخفض ​​التيار المار إليه تدريجيًا بسلاسة أكبر مما كان عليه الحال مع فرش النحاس الخالص حيث ينقطع التلامس فجأة. وبالمثل، يشهد الجزء الملامس للفرشاة ارتفاعًا مماثلًا في التيار. وبالتالي، على الرغم من أن التيار المار عبر الفرشاة كان ثابتًا تقريبًا، فإن التيار اللحظي المار إلى جزئي المبدل كان متناسبًا مع المساحة النسبية الملامسة للفرشاة.

كان لإدخال فرشاة الكربون آثار جانبية إيجابية. ففرش الكربون تميل إلى التآكل بشكل أكثر انتظامًا من فرش النحاس، كما أن ليونة الكربون تُلحق ضررًا أقل بكثير بأجزاء المبدل. ويقلّ الشرر الناتج عن الكربون مقارنةً بالنحاس، ومع تآكل الكربون، تُقلّل مقاومته العالية من مشاكل تراكم الغبار على أجزاء المبدل.

يمكن تغيير نسبة النحاس إلى الكربون لأغراض محددة. تعمل الفرش ذات المحتوى النحاسي الأعلى بشكل أفضل مع الفولتيات المنخفضة جدًا والتيارات العالية، بينما تُعد الفرش ذات المحتوى الكربوني الأعلى أفضل للفولتيات العالية والتيارات المنخفضة. تحمل الفرش ذات المحتوى النحاسي العالي عادةً ما بين 150 و200 أمبير لكل بوصة مربعة من سطح التلامس، بينما تحمل الفرش ذات المحتوى الكربوني الأعلى ما بين 40 و70 أمبير فقط لكل بوصة مربعة. كما تؤدي المقاومة الأعلى للكربون إلى انخفاض أكبر في الجهد يتراوح بين 0.8 و1.0 فولت لكل نقطة تلامس، أو ما بين 1.6 و2.0 فولت عبر المبدل. ^{[ 4 ]}

حاملات الفرش

يُستخدم نابض عادةً مع الفرشاة للحفاظ على اتصال دائم مع المبدل. ومع تآكل الفرشاة والمبدل، يدفع النابض الفرشاة بثبات نحو الأسفل باتجاه المبدل. وفي النهاية، تصبح الفرشاة صغيرة ورقيقة لدرجة يصعب معها الحفاظ على اتصال دائم أو لا تُثبّت بإحكام في حامل الفرشاة، وبالتالي يجب استبدالها.

من الشائع توصيل كابل الطاقة المرن مباشرة بالفرشاة، لأن التيار المتدفق عبر زنبرك الدعم سيؤدي إلى التسخين، مما قد يؤدي إلى فقدان صلابة المعدن وفقدان قوة شد الزنبرك.

عندما يستهلك محرك أو مولد كهربائي ذو مُبدِّل طاقةً تفوق قدرة فرشاة واحدة على توصيلها، يتم تركيب مجموعة من حوامل الفرش بالتوازي على سطح المُبدِّل الكبير. يوزع هذا الحامل المتوازي التيار بالتساوي على جميع الفرش، مما يسمح للمشغل المُختص بإزالة الفرشاة التالفة واستبدالها بأخرى جديدة، حتى مع استمرار دوران الآلة بكامل طاقتها وتحت الحمل.

أصبحت المعدات ذات القدرة العالية والتيار العالي غير شائعة حاليًا، وذلك بفضل التصميم الأقل تعقيدًا لمولدات التيار المتردد، والذي يسمح لملف المجال الدوار ذي التيار المنخفض والجهد العالي بتنشيط ملفات الجزء الثابت ذات التيار العالي. وهذا يسمح باستخدام فرش مفردة صغيرة جدًا في تصميم المولد . في هذه الحالة، تكون نقاط التلامس الدوارة عبارة عن حلقات متصلة تُسمى حلقات الانزلاق ، ولا يحدث أي تبديل.

تتميز الأجهزة الحديثة التي تستخدم فرش الكربون عادةً بتصميم لا يحتاج إلى صيانة، ولا يتطلب أي تعديل طوال فترة استخدامه، وذلك باستخدام فتحة حامل فرشاة ثابتة ومجموعة فرشاة-زنبرك-كابل مدمجة تتناسب مع الفتحة. يتم سحب الفرشاة البالية وإدخال فرشاة جديدة.

زاوية تلامس الفرشاة

تختلف أنواع الفرش في طريقة تلامسها مع المبدل. ولأن فرش النحاس لها نفس صلابة أجزاء المبدل، فلا يمكن تدوير الدوار عكسيًا على أطرافها دون أن يخترق النحاس الأجزاء مسببًا تلفًا بالغًا. ونتيجة لذلك، تتلامس فرش النحاس الشريطية/الرقائقية مع المبدل بشكل مماس فقط، بينما تستخدم فرش النحاس الشبكية والسلكية زاوية تلامس مائلة، حيث تلامس حافتها أجزاء المبدل الذي يدور في اتجاه واحد فقط.

تسمح مرونة فرش الكربون بالتلامس القطري المباشر مع المبدل دون إتلاف أجزائه، مما يسهل عكس اتجاه الدوار دون الحاجة إلى إعادة توجيه حوامل الفرش للتشغيل في الاتجاه المعاكس. وعلى الرغم من عدم عكس اتجاهها مطلقًا، فإن محركات الأجهزة المنزلية الشائعة التي تستخدم دوارات ومبدلات وفرش ملفوفة تحتوي على فرش ذات تلامس قطري. في حالة حامل فرش الكربون من النوع التفاعلي، قد تكون فرش الكربون مائلة عكسيًا بالنسبة للمبدل بحيث يميل المبدل إلى الضغط على الكربون لضمان تلامس محكم.

تُسمى نقطة التلامس بين الفرشاة والمبدل بسطح التبديل . ولتوصيل تيار كافٍ من وإلى المبدل، لا تكون مساحة تلامس الفرشاة خطًا رفيعًا، بل رقعة مستطيلة الشكل تمتد عبر أجزاء المبدل. عادةً ما يكون عرض الفرشاة كافيًا لتغطية 2.5 جزء من أجزاء المبدل. وهذا يعني أن الفرشاة تربط جزئين متجاورين كهربائيًا عند ملامستها لهما.

تدوير الفرش لتشويه مجال الجزء الثابت

تبدأ معظم مقدمات تصميم المحركات والمولدات بجهاز بسيط ثنائي الأقطاب، حيث تكون الفرش مرتبة بزاوية 90 درجة مثالية من المجال المغناطيسي. يُعد هذا النموذج المثالي مفيدًا كنقطة انطلاق لفهم كيفية تفاعل المجالات المغناطيسية، ولكنه لا يُمثل طريقة عمل المحرك أو المولد في الواقع العملي.

على اليسار مثال مبالغ فيه لكيفية تشوه المجال المغناطيسي بفعل الدوار. [ 9 ] على اليمين، تُظهر برادة الحديد المجال المشوه عبر الدوار. [ 10 ]

في المحرك أو المولد الحقيقي، لا يكون المجال المغناطيسي حول الدوار منتظمًا تمامًا. بل إن دوران الدوار يُحدث تأثيرات مجال مغناطيسي تسحب وتشوه الخطوط المغناطيسية للجزء الثابت الخارجي غير الدوار.

كلما زادت سرعة دوران الدوّار، زاد تشوّه المجال المغناطيسي. ولأن المحرك أو المولد يعمل بكفاءة عالية عندما يكون مجال الدوّار متعامدًا مع مجال الجزء الثابت، فمن الضروري إما تأخير أو تقديم موضع الفرشاة لوضع مجال الدوّار في الوضع الصحيح ليكون متعامدًا مع المجال المشوّه.

تنعكس هذه التأثيرات الميدانية عند عكس اتجاه الدوران. ولذلك، يصعب بناء مولد كهربائي فعال قابل للعكس، إذ يتطلب الحصول على أعلى شدة للمجال تحريك الفرش إلى الجانب المقابل للمستوى المحايد الطبيعي. ويمكن التخفيف من هذه التأثيرات باستخدام ملف تعويض في وجه قطب المجال يحمل تيار المحرك.

يمكن اعتبار هذا التأثير مماثلاً لتوقيت الإشعال في محرك الاحتراق الداخلي. عموماً، يكون الدينامو المصمم للعمل بسرعة ثابتة معينة مزوداً بفرشات مثبتة بشكل دائم لضبط المجال الكهربائي لتحقيق أعلى كفاءة عند تلك السرعة. ^{[ 12 ]}

تعويض إضافي عن التحريض الذاتي

الحث الذاتي - تتحد المجالات المغناطيسية في كل ملف من الأسلاك وتتراكم معًا لتكوين مجال مغناطيسي يقاوم التغيرات في التيار، والذي يمكن تشبيهه بالقصور الذاتي للتيار.

في ملفات الدوار، حتى بعد الوصول إلى الفرشاة، تميل التيارات إلى الاستمرار في التدفق لفترة وجيزة، مما يؤدي إلى هدر الطاقة على شكل حرارة بسبب امتداد الفرشاة عبر عدة أجزاء من المبدل وقصر الدائرة الكهربائية عبر هذه الأجزاء.

المقاومة الزائفة هي زيادة ظاهرة في المقاومة في ملف المحرك، وهي تتناسب مع سرعة المحرك، وتعود إلى تأخر التيار.

لتقليل الشرارة الناتجة عن قصر الدائرة عند الفرش، تُقدَّم الفرش بضع درجات إضافية، متجاوزةً بذلك مقدار التقدم اللازم لتشوهات المجال. يؤدي هذا إلى تحريك ملف الدوار الذي يخضع للتبديل قليلاً إلى الأمام داخل مجال الجزء الثابت، الذي يتميز بخطوط مغناطيسية معاكسة في الاتجاه، مما يعاكس المجال في الجزء الثابت. يساعد هذا المجال المعاكس على عكس تيار الحث الذاتي المتأخر في الجزء الثابت.

لذلك حتى بالنسبة للدوار الذي يكون في حالة سكون ولا يتطلب في البداية أي تعويض عن تشوهات المجال الدوار، يجب أن يتم تحريك الفرش إلى ما بعد زاوية 90 درجة المثالية كما هو موضح في العديد من الكتب المدرسية للمبتدئين، وذلك للتعويض عن الحث الذاتي.

على الرغم من أن محركات التيار المستمر والمولدات الكهربائية كانت تهيمن على الصناعة في الماضي، إلا أن عيوب المبدل الكهربائي أدت إلى انخفاض استخدام الآلات ذات المبدل الكهربائي في القرن الماضي. وهذه العيوب هي:

• يؤدي الاحتكاك الانزلاقي بين الفرش والمبدل إلى استهلاك الطاقة، وهو ما يمكن أن يكون كبيرًا في الآلات منخفضة الطاقة.
• بسبب الاحتكاك، تتآكل الفرش وأجزاء المبدل النحاسية، مما يؤدي إلى تراكم الغبار. في المنتجات الاستهلاكية الصغيرة، مثل الأدوات الكهربائية والأجهزة المنزلية، قد تدوم الفرش طوال عمر المنتج، لكن الآلات الأكبر حجمًا تتطلب استبدالًا دوريًا للفرش وإعادة تسوية سطح المبدل من حين لآخر. لذلك، لا تُستخدم الآلات ذات المبدل في التطبيقات منخفضة الجسيمات أو المغلقة، أو في المعدات التي يجب أن تعمل لفترات طويلة دون صيانة.
• تُسبب مقاومة التلامس الانزلاقي بين الفرشاة والمبدل انخفاضًا في الجهد يُعرف باسم "انخفاض جهد الفرشاة". قد يصل هذا الانخفاض إلى عدة فولتات، مما قد يؤدي إلى خسائر كبيرة في الطاقة في الآلات ذات الجهد المنخفض والتيار العالي. أما محركات التيار المتردد، التي لا تستخدم المبدلات، فهي أكثر كفاءة بكثير .
• هناك حد أقصى لكثافة التيار والجهد اللذين يمكن تبديلهما باستخدام المبدل. لا يمكن بناء آلات التيار المستمر الكبيرة جدًا، التي تتجاوز قدرتها عدة ميغاواط، باستخدام المبدلات. أما أكبر المحركات والمولدات فهي جميعها آلات تيار متردد.
• يتسبب عمل التبديل للمبدل في حدوث شرارة عند نقاط التلامس، مما يشكل خطر نشوب حريق في الأجواء القابلة للاشتعال، ويولد تداخلاً كهرومغناطيسياً .

مع انتشار التيار المتردد، استُبدلت محركات التيار المستمر بمحركات متزامنة أو حثية تعمل بالتيار المتردد ، وهي أكثر كفاءة . وفي السنوات الأخيرة، ومع الانتشار الواسع لأشباه الموصلات الكهربائية ، استُبدلت محركات التيار المستمر ذات المبدل في العديد من التطبيقات المتبقية بمحركات التيار المستمر عديمة الفرش . لا تحتوي هذه المحركات على مبدل، بل يتم عكس اتجاه التيار إلكترونيًا. يتتبع مستشعر موضع الدوار، وتقوم مفاتيح أشباه الموصلات، مثل الترانزستورات، بعكس اتجاه التيار. يتميز عمر تشغيل هذه المحركات بأنه أطول بكثير، ويقتصر بشكل أساسي على تآكل المحامل.

هذه محركات أحادية الطور تعمل بالتيار المتردد فقط، وتتميز بعزم دوران بدء أعلى مما كان يُمكن الحصول عليه باستخدام ملفات بدء التشغيل متعددة الأطوار، قبل أن تصبح مكثفات بدء التشغيل عالية السعة (غير قطبية، ذات تيار عالٍ نسبيًا) عملية. تحتوي هذه المحركات على عضو ثابت ملفوف تقليدي كما هو الحال في أي محرك حثي، لكن العضو الدوار الملفوف بسلك يشبه إلى حد كبير العضو الدوار في المبدل التقليدي. تتصل الفرش المتقابلة ببعضها البعض (وليس بدائرة خارجية)، ويحفز عمل المحول تيارات في العضو الدوار تُولد عزم الدوران عن طريق التنافر.

يتميز أحد أنواع هذه المحركات بإمكانية ضبط سرعته، ويعمل باستمرار مع تلامس الفرش، بينما يستخدم نوع آخر قوة التنافر فقط لعزم بدء التشغيل العالي، وفي بعض الحالات يرفع الفرش بمجرد أن يصل المحرك إلى سرعة كافية. في الحالة الأخيرة، تكون جميع أجزاء المبدل متصلة ببعضها قبل أن يصل المحرك إلى سرعة التشغيل.

بمجرد الوصول إلى السرعة المطلوبة، تصبح ملفات الدوار مكافئة وظيفيًا لبنية قفص السنجاب لمحرك الحث التقليدي، ويعمل المحرك على هذا النحو. ^{[ 14 ]}

استُخدمت المبدلات كمفاتيح بسيطة للتشغيل والإيقاف والانعكاس في التجارب الكهربائية في مختبرات الفيزياء. وهناك نوعان تاريخيان معروفان: ^{[ 15 ]}

• المحرك (الهندسة الكهربائية)
• نظام التقاط الأرضيات (FPU)
• جسر H
• حلقة انزلاقية
• مفتاح عكس الحركة
• مفتاح دوار
• محول دوار
• مبدل دوار زئبقي
• محرك بدون فرش

• إيليهو طومسون - براءة اختراع أمريكية رقم 242,488 - مبدلات للآلات الكهربائية الدينامو - 7 يونيو 1881.
• هنري جاكوبس - براءة اختراع أمريكية رقم 246,612 - مبدل للآلات الكهرومغناطيسية - 6 سبتمبر 1881.
• فرانك. ب. راي وكلارنس. ل. هيلي - براءة اختراع أمريكية رقم 294,270 - مبدل للآلات الكهربائية الدينامو أو المغناطيسية - 26 فبراير 1884.
• نيكولا تيسلا - براءة اختراع أمريكية رقم 334,823 - مبدل للآلات الكهربائية الدينامو - 26 يناير 1886.
• توماس إي. آدامز - براءة اختراع أمريكية رقم 340,537 - مبدل للآلات الكهربائية الديناميكية - 27 أبريل 1886.
• نيكولا تيسلا - براءة اختراع أمريكية رقم 382,845 - مبدل للآلات الكهربائية الدينامو - 15 مايو 1888.

• " المبدل والفرش في محرك التيار المستمر ". هايبرفيزيكس، قسم الفيزياء وعلم الفلك، جامعة ولاية جورجيا.
• " سلسلة تبديل التغذية الراجعة لمحركات المؤازرة عديمة الفرش PM - الجزء 1 محاذاة التبديل - لماذا هي مهمة." ميتشل للإلكترونيات.
• " سلسلة تبديل التغذية الراجعة لمحركات المؤازرة عديمة الفرش PM - الجزء 2: محاذاة التبديل - كيف يتم إنجازها." ميتشل للإلكترونيات.