Virrankäännin
Harjan rakenne

Vanhimpien koneiden harjat tehtiin kuparilankasäikeistä, joilla virrankääntimen pinta yhdistettiin. Kovasta metallista tehdyillä harjoilla oli kuitenkin tapana naarmuttaa ja urittaa virrankääntimen kohtiot, jolloin virrankäännin jouduttiin pinnoittamaan uudelleen. Kun kupariharjat kuluivat, pöly ja harjan palat saattoivat kiilautua virrankääntimen kohtioiden väliin oikosulkien ne, mikä vähensi laitteen hyötysuhdetta. Hienolla kuparilankaverkolla tai -harsolla saavutettiin parempi pintakosketus vähemmällä kohtioiden kulumisella, mutta harsoharjat olivat kalliimpia kuin kuparinauha- ja kuparilankaharjat.
Uudenaikaisissa pyörivissä virrankäännintä käyttävissä koneissa käytetään lähes poikkeuksetta hiiliharjoja, joissa voidaan käyttää kuparijauhetta johtavuuden parantamiseksi. Metallisia kupariharjoja on yhä leluissa ja todella pienissä moottoreissa, kuten yläpuolella olevassa kuvassa, ja joissakin lyhyitä aikoja käytettävissä moottoreissa kuten ajoneuvojen käynnistysmoottoreissa.
Moottorit ja generaattorit kärsivät ankkurireaktio-nimisestä ilmiöstä, jossa kohta, jossa kelojen läpi tapahtuvan virranvaihdon tulisi tapahtua ideaalisesti, muuttuu, kun kuormitus vaihtelee. Varhaisten koneiden harjat oli kiinnitetty renkaaseen, joka oli varustettu kahvalla. Käytön aikana oli tarpeen säätää harjarenkaan asentoa ja siten virrankääntöä siten, että harjojen kipinöinti oli mahdollisimman pientä. Tätä kutsuttiin harjojen keinunnaksi.
Virrankäännön säädön automatisoinnissa ja harjojen kipinöinnin minimoinnissa tapahtui monenlaisia kehitysaskelia. Yksi niistä oli ”korkearesistanssisten harjojen” eli kuparijauheen ja hiilen seoksesta tehtyjen harjojen kehitys. Vaikka niitä kutsuttiinkin korkearesistanssisiksi harjoiksi, niiden todellinen sähkövastus oli ainoastaan milliohmien luokkaa (tarkka arvo riippui koosta ja koneen käyttötarkoituksesta). Näiden harjojen rakenne ei ollut harjamainen vaan hiilipalkin tapainen, ja päädyt olivat pyöreitä, jotta ne sopivat virrankäänninten muotoon.
Korkearesistanssinen harja eli hiiliharja tehdään tarpeeksi suureksi, jotta se on huomattavasti leveämpi kuin kohtioiden välinen eriste (ja saattaa suurissa koneissa ulottua kahden eristelohkon yli). Tällöin kun virrankääntimen kohtio liikkuu pois harjan alta, ohituksessa virta laskee pehmeämmin kuin kokonaan kuparisten harjojen tapauksessa, jolloin virran kulku katkesi äkillisesti. Vastaavasti harjan alle tulevan kohtion virta kasvaa pehmeästi. Vaikka yksittäisen harjan kohdalla olevan kohtion virta ei ollut vakio, kahden vierekkäisen kohtion virtojen summa oli verrannollinen harjaan kosketuksissa olevaan alueeseen.
Hiiliharjan käyttöönotolla oli hyviä vaikutuksia. Hiiliharjat kuluvat hitaammin kuin kupariharjat, ja pehmeä hiili tekee vähemmän vahinkoa virrankääntimen kohtioille. Hiili aiheuttaa vähemmän kipinöintiä kuin kupari, ja hiilen kuluessa hiilen korkeamman resistanssin ansiosta virrankääntimen lohkoihin kerääntyvä pöly ei aiheuta yhtä suuria ongelmia.
Hiilen ja kuparin suhdetta voidaan vaihdella käyttötarkoitukesta riippuen. Kuparipitoisemmat hiiliharjat toimivat paremmin todella alhaisella jännitteellä ja suurella virralla, kun taas hiilipitoisemmat harjat ovat parempia korkean jännitteen ja pienen virran kanssa. Kuparipitoisemmat harjat johtavat yleensä 150-200 ampeeria neliötuumaa kohden ja hiilipitoisemmat vain 40-70 ampeeria neliötuumaa kohden. Hiilen suurempi sähkövastus aiheuttaa myös suuremman jännitteen putoamisen (0,8-1,0 V kohtiota kohden tai 1,6-2,0 V virrankäännintä kohden).