国鉄201系電車（こくてつ201けいでんしゃ）は、1979年（昭和54年）に試作車が登場し、後に量産された日本国有鉄道（国鉄）の直流通勤形電車である。
抵抗制御に代わるより省エネルギーな主回路制御方式として、1960年代よりチョッパ制御方式が注目された。大容量の半導体素子が開発されたこともこの動きを後押しし、国鉄も1967年以降、101系や103系を用いた現車試験を開始した[1]。1970年代後半になると、101系電車の老朽化も進行し、新形式電車の機運も高まってきた[1]。そして1979年、国鉄として初の電機子チョッパ制御（サイリスタチョッパ制御）を採用し、電力回生ブレーキを装備した「省エネ電車」として設計・製造された本形式試作車（201系900番台、5両編成2本）が落成した。
主回路以外も新機軸が多数導入され、試作車完成の段階では次世代標準型通勤形電車として鉄道業界などから大きな期待が寄せられ、1981年（昭和56年）から量産が開始された。だが、当時の国鉄の財政事情では電機子チョッパ制御器の製造コストの高さがネックとなり、中央線快速・中央・総武緩行線・京阪神緩行線の3線区に合計1,018両の投入に留まった。
その後の標準型通勤形電車は旧来の抵抗制御をベースとした界磁添加励磁制御方式を採用し、新開発のDT50系ボルスタレス台車と軽量ステンレス車体によって大幅な軽量化とコストダウンを実現した205系に移行した。
1987年（昭和62年）の国鉄分割民営化（JR発足）後は、東日本旅客鉄道（JR東日本）に794両が、西日本旅客鉄道（JR西日本）には224両が継承された。JR東日本では未更新のまま2005年から後継系列への取り換えによる老朽廃車が開始され、2011年6月に営業運行をすべて終了した。JR西日本では内外装のリフレッシュ工事を受け、引き続き使われている。
派生系列として東京メトロ千代田線直通用の地下鉄乗り入れ仕様でアルミ合金製車体を備える203系が存在する。この他、福岡市交通局1000系電車は本系列をベースに車体をセミステンレスとしたもので、（落成時の）主要機器類と台車は本系列と同じものを使用している。
車体
車体材質は鋼製とし、基本的な構造は従来の通勤電車を踏襲したが、新系列であることをアピールすべく前面形状は刷新された。試作車1編成5両の製造を担当した東急車輛製造の提案により、591系の平妻側運転台の形状をアレンジした左右非対称型のデザインが採用された。前面の上半分の大半を用いた大きな開口部にジンカート処理と呼ばれる特殊な防錆皮膜処理を行った黒い鋼製パネルをはめ込んだものである。
試作車では、基本では103系の構造を踏襲しているが、新系列車両としての新機軸を盛り込んでいる。
外板材質は熱間圧延軟鋼板 SPHC を引き続き採用し、塩化ビニール製絶縁屋根布を張り付けている。
車両番号標記は特急形車両と同様のステンレス製切り抜き文字を採用。
固定窓の支持のHゴムを廃し、押え金方式を採用。
客用窓は下段上昇・上段下降式の外はめ式ユニット窓が採用され、上段窓にバランサーが取付られた。
車内は冷房装置搭載を前提として構成の見直しを行ない、そのため平天井となったことから外部屋根のカーブ形状も見直され、103系と比較して緩いものとされた。
冷房装置はAU75B形集中式を1基搭載。冷気は平屋根構造の車内風洞を介して車内に送り込み、三菱電機製「ラインデリア」（横流補助送風機）によって扇風機なしでもまんべんなく車内に行き渡る構造とした。
換気用通風器はグローブ形からFRP製の角形押し込み式を採用。
量産車では以下の変更点がある。
外板材質を2.3mm圧の高耐候性圧延鋼材 (SPA) に変更し、構造から見直すことで構体重量で約1.3tの軽量化を実現。
台枠と側板の接合部がスポット溶接から連続溶接に変更。
103系で深刻な問題となっていた雨水の浸入による台枠の腐食がほぼ解決。
屋根部分はビニール布張りを廃止して塗り屋根方式に変更。
試作車では運転台付き車両のみ乗務員扉の開閉角度改善を図って車体長を19.7mと中間車より0.2m長くしたが、量産車では19.5mに統一した。
分割・併合編成で中間に運転台付き車両が入る場合に整列乗車時の扉位置ずれの原因となることが指摘されたためだが、運転台寸法は変わらず干渉する直後の客室スペースが0.2m分縮小されたことに伴い乗務員扉直後の戸袋窓を省略。
前面手すりを大型化。
側面見付の統一感を図る見地から、戸袋窓を客用扉に合わせて小型化した。
試作車では「車内の天井高さが低く感じられる」との評が多かったことから構成の見直しが行なわれ、量産車では天井高さが75mm広がった。また、座席そで仕切の形状が単純な一枚板状のものとなった。
冷房装置はAU75D形およびAU75G形。
横流ファン（ラインデリア）は台数を半減させ、扉付近の4ヶ所のみとした。
増備は継続されたものの、その後の国鉄の財政状況はきわめて厳しいものとなった。このため1983年度分からはコストダウンを計る見地から設計変更が行われた。このグループを指して「軽装車」と呼ぶ。軽装車での変更点は以下の通りである。
前面黒色部のジンカート処理鋼板を、電解二次着色アルミニウム板に変更。
通風器は、FRP製から安価な鋼製に変更。
客用窓は、103系に準じた2段上昇式に逆戻りし、これに伴って構体設計が大幅に変更。
車両番号標記は、一般の通勤形電車と同様の転写式に変更。
車内荷棚は、ステンレス製からアルミニウム製に変更。
一部床下機器のカバー省略。
主要機器
電源・制御機器
MM'ユニットを採用し、M車（モハ201形）にはチョッパ制御器・主制御器・抵抗器・集電装置が、M'車（クモハ200形・モハ200形）には補助電源装置・電動空気圧縮機が搭載される。
主回路にCH1系電機子チョッパ制御器とHS36形補助制御器（試作車のみ）もしくはCS53系主制御器を組み合わせて搭載し、これらによってMT60形主電動機（直巻整流子電動機）を制御する。
電機子チョッパ制御は主回路で最も大きな電流が流れる電動機の電機子回路をチョッピングする方式であるが、回生ブレーキ作動時に昇圧チョッパ回路を構成するため、高速域での回生電圧が架線電圧を大幅に上回って回生失効しやすいという問題点があった。このため本系列が開発された1970年代後半には、地下鉄以外の私鉄各社ではこの方式に代えコスト面でも有利な界磁チョッパ制御方式が普及した。
しかし、1960年代後半より独自にチョッパ制御器の開発に着手していた国鉄は、通勤形のみならず近郊形系列などへの幅広い応用を目指しており、電動機の設計変更と主回路構成の工夫（直並列切り替え）によって120km/hからの回生ブレーキを実用可能とする制御システムの構築を研究していたこと、力行時の抵抗器によるロスを削減することで得られるメリットよりも無接点・無段階制御・最高速度域からの回生ブレーキが実用可能であるメリットを重視しており、主電動機のMT60形もこの目的に沿うよう新たに設計された。
MT60形は定格回転数1850rpm/最高回転数4850rpmと既存のMT54形やMT55形といった前世代の標準形電動機と比較して高い定格回転数となった。
高速域での回生ブレーキ時に発生電圧過大に伴う回生失効を防止することを狙ったため、国鉄の制式電車用直流直巻式電動機としては当時最大の150kW級電動機となったものの特性が高速寄りにシフトしているため、低速域での加速性能は110kW級のMT55形を搭載する103系と大差ないレベルにとどまっている。
回生制動を常用することを基本として計画されたため、本系列ではパンタグラフの架線からの離線による回生失効を防ぐべく、地下鉄乗り入れ用の301系などと共通の架線追随性が高いPS21形パンタグラフが採用された。
主電動機の大出力化に伴う集電容量の不足も考慮して、試作車では各電動車1ユニット（2両）につき2基ずつパンタグラフが搭載された。
補助電源装置にはブラシレスMG DM106（定格容量190kVA）を、空気圧縮機 (CP) にはメンテナンスフリー化を図って誘導電動機を採用したレシプロ式 MH3075A-C2000M を使用する。
試作車では、MGに MH135-DM92（定格容量160kVA）、CPは立形3シリンダ式の MH113B-C2000M といった115系などの在来車で採用実績のあるものを搭載していたが、後に量産車と同じものに換装されている[。
運転台の主幹制御器は、試作車において従来からの縦軸式回転型 MC59X（クモハ201-901、クハ200-901）と新幹線電車に類似する横軸式前後操作型 MC60X（クモハ201-902、クハ200-902）2種類の比較検討が行われた結果、量産車では横軸式ハンドルの MC60 となり、ブレーキ弁は通常のME49形が搭載された。
ブレーキ
応荷重装置付き電機子チョッパ制御回生ブレーキ併用電磁直通空気ブレーキ(SELR)と自動ブレーキ部のブレーキ制御弁として3圧力式のE制御弁が採用された。
100km/hからの回生ブレーキに対応するため、定格速度の高いMT60形を45%弱め界磁で使用することで、回生電圧を抑えて回生失効を防ぐ対策がなされたが、それでも高速域では回生電圧が架線電圧を大幅に超えた。
回生失効が発生しそうな場合は主回路電流を絞ることで発電電圧をコントロールできるが、引き換えに電気ブレーキ力が不足し、空気ブレーキ系に依存すると制輪子磨耗過大の問題点がある。
対策として75km/h以上の高速時からブレーキでは主回路に0.27Ωの抵抗を挿入し発電電圧を落とし、充分な電気ブレーキ力を確保した。さらに90km/h以上では高速絞りが作動する。
これらの問題点は、国鉄の回生ブレーキに対するノウハウの蓄積も不十分だったためで、当初の予測以上に空気ブレーキ系への依存度が高くなってしまっている。このため、量産開始後も回生ブレーキの動作パターン研究が進められ、増備の度に回生特性の改良が実施された。
台車
試作車
301系と同様に乗り心地を重視して車体直結（ダイレクトマウント）式の空気バネ台車が採用され、主としてブレーキ装置の相違からDT46X形・Y形（動力台車）とTR231X形・Y形（付随台車）の計4種が試用された。これらはいずれも軸箱支持方式がシリンダをゴム製シーリングで被覆した円筒案内式である。
量産車
試作車のダイレクトマウント方式が検修設備非対応を理由に整備陣からの反対によって取りやめとなった。このため[要出典]枕バリ部分をDT32系台車と類似のインダイレクトマウント方式（大径心皿方式）に変更し、軸バネ部シリンダのシーリングを省略したDT46形・TR231形、さらに軸バネをエリゴバネに変更したDT46B形・TR231A形に変更された。
接客設備
20年程度先を見越した接客設備を目指して、本系列では様々な改善が図られた。
扉間の7人掛けロングシートのモケットを3-1-3に分割し、中央の1人分だけ色を変えることで座席定員どおりの着席乗車を心理的に誘導するというデザイン面での工夫。
これ以降モケットの柄を1人ずつに区分するなどの手法は、国鉄形車両の更新修繕や他の鉄道事業者にも波及し、目立たないながらも以後の通勤電車のあり方を変えた改革である。
試作車では当初客室内にはスタンションポールが設置されて、ラッシュ時の乗客の動線調査が実施された。
その後の通勤電車における乗降問題に貴重な資料を提供したが、本系列では後に撤去された。
車内のカラースキームは、当時の国鉄車両においては寒色系が一般的であったが、本系列が新世代通勤電車ということから暖色系が採用された。
壁面→ベージュ（一部ブラウン）・座席→濃茶色+中央部オレンジ・床面→ウォームブラウン。
中央線快速用車両の座席モケットは1995年 - 1998年ごろに103系と同時に全編成で下記画像のスカイブルー系に張り替えられた。
ステンレス製客用扉内側は無塗装とした。
形式
本系列は電動車にMM'ユニット方式を採用しており、モハもしくはクモハの201形と200形に主要機器を分散搭載して、電動車2両を1単位としている。形式解説順序は過去からの慣例に準じて記述する。車両の方向は東海道本線基準で奇数向きは東京寄り、偶数向きは神戸寄りを表す。
クモハ200形 (M'c)
モハ201形とユニットを組む制御電動車で、電動発電機や空気圧縮機などの補助的な機器を中心に搭載する。偶数向き専用。試作車のみ存在する。
モハ201形 (M)
クモハ200形またはモハ200形とユニットを組む電動車で、パンタグラフや主制御器などの主回路を構成する機器群を中心に搭載する。
モハ200形 (M')
モハ201形とユニットを組む電動車で、クモハ200形と同様に電動発電機と空気圧縮機を搭載する。
クハ201形 (Tc)
奇数向き専用の制御車。
クハ200形 (T'c)
偶数向き専用の制御車で、試作車には存在しない。
サハ201形 (T)
運転台のない付随車で、試作車落成時には存在しなかった。
各社の状況
国鉄時代を含め、東西間で移動した車両は存在しない。
基本情報
運用者 日本国有鉄道
東日本旅客鉄道
西日本旅客鉄道
製造所 東急車輛製造、日本車輌製造、川崎重工業、近畿車輛、日立製作所
製造年 1979年（試作車）
1981年 - 1985年（量産車）
製造数 1,018両
主要諸元
軌間 1,067 mm
電気方式 直流1,500V
最高運転速度 100 km/h
設計最高速度 110 km/h
起動加速度 2.3 km/h/s （2M2T・4M4T）
2.5 km/h/s （6M4T）
2.8 km/h/s （4M2T）
減速度（常用） 3.5 km/h/s
減速度（非常） 5.0 km/h/s
編成定員 560名（4連固定）
848名（6連固定）
992名（7連固定）
1,480名（10連固定）
全長 20,000 mm
車体長 19,500 mm
全幅 2,800 mm
全高 4,140 mm
車体 普通鋼
台車 円筒案内式インダイレクトマウント空気ばね台車
DT46（B）形・TR231（A）形
主電動機 直流直巻電動機 MT60形
主電動機出力 150kW
駆動方式 中空軸平行カルダン駆動方式
歯車比 1:5.6=15:84
定格速度 52.1 km/h
制御方式 サイリスタチョッパ制御
弱め界磁制御
制御装置 CH1/HS36・CS53・CS53A
制動装置 回生制動併用電磁直通ブレーキ
保安装置 ATS-S・ATS-SN・ATS-SW・ATS-B・ATS-P
EB・TE装置（JR西日本所属車一部）