221系電車は1989年に登場した直流近郊形電車。西日本旅客鉄道（JR西日本）によって初めて新規に設計・製造された系列です。
国鉄分割民営化直後、ほかのJRグループ各社が新型特急電車を登場させる中、JR西日本が新生JRを象徴する車として、私鉄との競合が激しい東海道・山陽本線（琵琶湖線・JR京都線・JR神戸線）や関西本線（大和路線）に投入した車両である。形式名として、2種類の走行機器を有していたことから、国鉄時代の続形式として「215・217系」とすることも検討されていたが、JR西日本として初めて投入する車両であることから、一の位を1として「221系」とされた。
開発にあたっては、1988年に瀬戸大橋線用クロ212形の設計を担当した近畿車輛が、同車のエクステリアデザインを基本としつつ、同社の親会社である近畿日本鉄道（近鉄）向け5200系電車で採用した、3扉転換クロスシートや扉間の連窓構造などを盛り込んだ設計コンセプトを提案し、これを全面的に採用する形で実設計が行われた。製造は主に近畿車輛・川崎重工業・日立製作所が担当したが、一部は自社の鷹取工場と後藤工場で組み立てられた。窓が大きく明るい車内など快適な居住性と高速走行性能を実現し、大量増備と線区限定での集中投入が続けられ、新快速や大和路快速の主力車両となった。
新快速の運用車両には153系が「ブルーライナー」、117系が「シティライナー」と愛称があり、本形式にも「アメニティライナー」の愛称が命名されたが、浸透しなかったこともあり、後継の223系には初代新快速用の113系と同様、特に車両愛称は与えられていない。登場当時は、製造時期がほぼ同じで設備も大差ない東海旅客鉄道（JR東海）の311系や九州旅客鉄道（JR九州）の811系とよく比較されたが、最終的に居住性に勝ると評価された221系が1990年（第30回）の鉄道友の会ローレル賞を受賞している。
なお、本系列は営業最高速度が120km/hに設定されているが、初期製造グループの新造直後に一部装備を改造の上で湖西線において160km/hによる試験走行を行い、特急「サンダーバード」用681系の開発に当たって貴重なデータを提供した。交通科学博物館（2014年4月6日閉館）では、運転シミュレータとして操作することができた。
20m級鋼製車体に片側3箇所の両開き扉という、近郊形としてはオーソドックスな構成となっている。相当数の増備が見込まれていたことから、211系や213系での軽量ステンレス構体ではなく、ステンレスに比べると当時は安価であった普通鋼を使用した構体とした。
塗装は全車白を基本に関西急電色である茶、JR西日本のコーポレートカラーである青、新快速シンボルカラーであるベージュの帯が車体下部に入るというものである。223系ではさらに窓周りに茶帯を追加したが、221系には波及していない。当初はいくつかの塗装案があり、485系「スーパー雷鳥」に似た、白地に側面および前面にコーポレートカラーのブルーとピンクの帯を配したものや、117系をイメージして車体下半分にクリームおよびマルーンの細帯を配したものがあった。
編成や車種構成の都合からMM'ユニット方式と1M方式の2種の主回路構成を採る形式が混在する。機構的には国鉄分割民営化後に製造された205系1000番台（MM'ユニット方式）および213系（1M方式）を基にしており、加えて耐雪ブレーキなどの耐寒・耐雪装備を備える。基本的なシステムは日本国有鉄道（国鉄）時代に新製した211系・213系に準ずるが、高密度高速運転が実施されている線区への導入を前提としていたためもあってか編成内のMT比1:1が維持され、かつ加速度も大きく設定されている。また、海からの潮風の影響が考えられるJR京都線・JR神戸線での走行を考慮して、海寄りに空制部品、山寄りに電気部品を集中的に配置してある。
主制御器は、205系で開発された CS57（MM'ユニット方式）と、213系で開発された CS59（1M方式）をそれぞれ基本とする、WCS57B・WCS59C が搭載されている。制御方式は界磁添加励磁制御であり回生ブレーキを常用する設計となっているため、211系などと同様に勾配線での抑速ブレーキも使用可能である。インバータ制御の採用は、コスト面の検討の結果見送られた。このシステムでは電動カム軸制御器と抵抗器が搭載されており、抵抗最終段までは従来どおりの抵抗制御と直並列制御を組み合わせて加減速するため、本系列でも発車直後の起動加速などの際に進段に伴う前後衝動が発生する。
運転台のマスコンは、ブレーキとマスコンが別々の横軸ツインレバー型をJR西日本としては初めて採用した。これはブレーキを掛けた状態から加速すると発車時の衝撃を緩和できるとの発想などから採用されており、阪急・大阪市営地下鉄堺筋線以外の関西の鉄道車両に多く見られる方式である。ワンハンドル型ではこの様な操作ができないため、あえて採用しなかったとの説もある。補機用の電源として、ブースタ方式DC-DCコンバータと3相インバータで構成された静止形インバータ（WSC23、容量 130 kVA、AC 440 V）がクモハ220形・モハ221形・モハ220形に、鉛蓄電池がモハ221形・クハ220形・サハ220形に搭載されている。空気圧縮機は水平対向式4気筒が採用され、モハ221形に WMH3093-WTC2000A が、サハ220形・クハ220形は WMH3094-WTC1000C が搭載されている。
台車には円錐積層ゴムによる軸箱支持機構を備えるボルスタレス台車である DT50・TR235 を基本とする WDT50H（動台車）・WTR235H（付随台車）が採用された。オリジナルとの相違点は高速走行時の安定性向上を睨んだヨーダンパ設置準備工事の有無で、これは1998年以降、順次追加取り付けが実施され、電動車は各台車の左右に、制御車と付随車は各台車の片側面にそれぞれ取り付けられた。
冷房装置はそれまで国鉄が採用していたAU75系の集中式1基搭載から、集約分散式の WAU701（冷凍能力18,000kcal/h）2基を各車毎に搭載する方式が採用された。これにより冷房装置の重量が2分されるため、集中式1基搭載と比較して構体、特に冷房装置を支持する天井の梁や側柱の強度設計が容易になっている。このWAU701は新鮮外気導入機能を内蔵し、マイコン搭載により自動運転が可能となっており、通年連続運転により屋根上で腐食の原因となっていたベンチレーターの廃止が実現している。
117系は片側2扉であったが、新快速の乗客増加と快速運用を考慮し、221系では3扉となった。この3扉でかつ全席クロスシートという配置は近鉄5200系に次ぐもので、国鉄、JRでは初となる。座席には117系と同様の転換クロスシートが採用されている。座席配置は、扉間に2人掛け6脚（シートピッチ 910 mm 、両端2つは固定式）×2列、車端部に4人掛けボックス席×2セットの構成である。117系にあった車端部の配電盤や機器箱などの機器類を極力床下に移設して無駄なスペースを徹底的に排除することで、座席定員は中間車は117系と同数の1両に64席、先頭車については運転台の直後に客用扉を配するレイアウトとしてトイレ設置車が6名、トイレ非設置車が4名、117系より少なくなっている。
座席モケットは、当初は淡い茶色であったが、2011年6月には225系0番台に準じたモケットに変更された車両が登場している。座席カバーは一般席が白、優先座席が緑となっている。また、つり革も車内の見通しの良さを優先し、客用扉付近以外は引き通し棒のみの準備設置に留められていたが、混雑時に問題が多いことが指摘され、中期以降は車内全体に通して設置する形に変更され、のちに初期の車両にも追設されている。
車内の車端部には LED 式の車内案内表示装置が設置されており、のちに登場した223系と違ってクロスシートに座った乗客から見やすいようになっている。この上部には号車番号表示とデジタル式時計も合わせて設置されており、JRグループの普通列車用車両では221系と311系、E233系（3000番台をのぞく）、キハ75形（0番台・100番台のみ）のみの特徴となっている。のちに増備された223系ではドアの上に LED のスクロール式の車内案内表示装置と号車番号表示が設置されているが、デジタル式時計は設置していない。トイレは和式で、編成中に1か所（クハ221形・クハ220形の2位側）設置されている。
当初から新快速としての運用以外にも近郊線区への配属も視野に入れていたこと、常にMT比（編成内の電動車と付随車の比率）が1:1になるように設定したことから、電動車2両でユニットを組む221形グループと電動車1両と付随車1両の2両でペアを組む220形グループが並行して製造された。この結果、奈良線向けの2両編成から東海道・山陽本線の最大12両編成まで需要に応じた編成を自由に組成でき、また6両編成時の113系のように電動車比率が必要以上に高くになることもなくなった。
JR西日本221系電車
基本情報
運用者 西日本旅客鉄道
製造所 近畿車輛
川崎重工業
日立製作所笠戸事業所
西日本旅客鉄道鷹取工場
西日本旅客鉄道後藤車両所
製造年 1989年 - 1992年
製造数 474両
運用開始 1989年3月6日
投入先 琵琶湖線・JR京都線・JR神戸線・湖西線/JR宝塚線/嵯峨野線・草津線/大阪環状線・大和路線・和歌山線・桜井線・奈良線
主要諸元
編成 2・4・6・8両 （MT比1:1）
軌間 1,067 mm
電気方式 直流 1,500 V
最高運転速度 120 km/h
起動加速度 2.5 km/h/s
減速度（常用） 3.5 km/h/s
減速度（非常） 4.2 km/h/s
編成定員 1,127（10両）
車両定員 座席52・立席78（トイレ付き先頭車）
座席56・立席77（トイレなし先頭車）
座席64・立席80（中間車）
自重 35.1 - 38.6 t（電動車）
25.8 - 30.3 t（付随車）
編成重量 264.9 t（10両）
全長 20,100 mm（先頭車）
20,000 mm（中間車）
車体長 19,670 mm（先頭車）
19,500 mm（中間車）
全幅 2,950 mm
全高 4,140 mm
床面高さ 1,150 mm
車体 普通鋼
台車 円錐積層ゴム式ボルスタレス台車（一部のみヨーダンパ付）
WDT50H（電動車）
WTR235H（付随車）
主電動機 直流直巻整流子電動機
1C8M:WMT61S
1C4M:WMT64S
主電動機出力 120 kW/基
駆動方式 中空軸平行カルダン駆動方式
歯車比 83:16 (5.19)
制御方式 界磁添加励磁制御
制御装置 1C8M: WCS57B
1C4M: WCS59A
制動装置 回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ
（抑速・耐雪ブレーキ機能付き）
保安装置 ATS-SW,ATS-P,ATS-B（登場時）
列車防護無線装置
EB・TE装置
車両異常挙動検知システム
1990年（第30回）鉄道友の会ローレル賞受賞車