JR北海道721系電車
721系電車（721けいでんしゃ）は、北海道旅客鉄道（JR北海道）が1988年（昭和63年）から製造した近郊形交流電車である。
北海道内の電化区間、特に札幌近郊においては輸送需要の増加が著しく、新駅の設置や列車増発などの対応が図られてきた。当該区間は複線ではあるが待避設備をもつ駅が少なく、かつ、特急列車から回送列車まで多様な種別の列車が同一の線路を往来することから、列車運転頻度を向上するためには加速・減速性能に優れた車両が必要であった。また、バス・自家用自動車など競合交通機関の存在も無視できず、高品質の旅客サービス提供も課題とされた。
従来から同区間で使用してきた711系電車や50系（51形）客車はこの条件に対応しきれないため、内外装の仕様を一新した新形式として開発された車両が本系列である。1988年（昭和63年）11月3日に営業運転を開始した。
当初はサイリスタ位相制御を用いた3両編成を基本とし、札幌駅を中心とする近郊区間で使用された。1992年（平成4年）には空港アクセス輸送（「新千歳空港駅乗り入れ快速「エアポート」）に対応する6両固定編成が製作され、翌1993年（平成5年）からは主変換装置を採用するなど仕様の変更を重ね、2003年（平成15年）まで製造された。
製造は川崎重工業車両カンパニー・日立製作所笠戸事業所・東急車輛製造にて行われたほか、JR北海道苗穂工場でノックダウン生産された車両もある。
車体は軽量ステンレス製で、正面窓直上部に設けた灯火類を保護ガラスで覆った前面形状はキハ183系500番台に類似する。
客用扉は片開き式を片側3か所に設ける。北海道の普通列車用車両として初めて冷房装置を装備し、各車の屋根上に集中式冷房装置 N-AU721 形（23,000 kcal）を1基搭載する。
側窓は大型の固定窓で、8次車以外は冷房故障時の換気のため一部が開閉できるようになっている。
車体の帯色は、一般車が萌黄色（ライトグリーン）、uシート車は側窓下部のみ濃青+赤である。
運転席にはプラズマディスプレイ単色表示のモニター装置を装備し、JRグループの車両としては初めて、ワンハンドルマスコンを採用した。
制御系は5次車までが、主回路のブリッジ（整流回路）に、サイリスタとダイオードで構成されるサイリスタ･ダイオード混合ブリッジを使用したサイリスタ位相制御による直流電動機駆動（N-MT721・150 kW、歯車比4.82）、6次車以降は VVVF インバータによる交流電動機駆動（N-MT785・215 kW、歯車比5.19）を行う。仕様の詳細は後述する。
台車は211系電車などの DT50 系ボルスタレス台車を基本に、高速走行時の蛇行動を防ぐヨーダンパを設け、氷雪対策として基礎ブレーキ装置を鋳鉄制輪子両抱き方式として耐雪ブレーキを装備した N-DT721形・N-TR721形で、枕バネは空気バネ、軸箱支持は DT50 系と同様の円錐積層ゴムを用いる。1000番台（6・7次車）からは支持方式を軸梁式に変更し、台車形式は N-DT721A 形・ N-TR721A 形とされた。
室内は寒冷対策として両開き式の仕切扉を設けたデッキがあり、客室は前後2室に分かれる。座席は 2+2 列の転換クロスシートで、デッキ隣接部のみは仕切り扉の開口寸法をとる必要から 1+1 列となる。指定席「uシート」として使用される車両にはフリーストップ式のリクライニングシートを設置する。
8次車では蛍光灯カバーおよびデッキ仕切扉を廃止し、乗降口隣接部の座席を2人掛けロングシートとして乗客の流動性を向上させている。
721系は製作年次ごとにグループ分けがなされ、製作初年の1988年（昭和63年）から1年ごとに「 - 次車」と呼ばれる。
本節では製作年次ごとの仕様について記述する。編成の詳細は「編成・運用」節にて記述する。1988 - 1992年に製作された。サイリスタ位相制御で、主電動機は直流電動機の N-MT721 形 (150 kW) である。
屋根上に発電ブレーキ用の抵抗器を設置しており、最高速度は 120 km/h で、下記の3両編成で使用する。
製作年次ごとに細部の仕様が異なり、詳細は下表のとおりである。
15 - 22は2002年に 130 km/h 対応改造を受け、車両番号は3000番台 (3015 - 3022) に変更された。3015, 3017, 3019 は以前「エアポート」用に半室uシートを備えていた編成であり、自動放送装置を搭載している。
17（現・3017）は本系列で唯一、苗穂工場でノックダウン生産された編成である。
2010年以降、一部の編成には制御系の更新を主とする大規模な改造が施された。詳細は後述する。6両固定編成用の車両で、新千歳空港アクセスの快速「エアポート」用として1992年に製作された。
基本仕様は4次車と同一で、新たに中間車のモハ720形・サハ721形が製作された。モハ720形は本次車のみに存在する形式で、4両のみ製作された。4号車となるサハ721形にトイレと車掌室を設ける。
番号は 100・200 番台を付番して区別するが、4次車の F-22 編成に組み込まれた中間車3両（モハ720-23+モハ721-23+サハ721-22）のみは在来車の続番で付番された。
2002年に全車が 130 km/h 対応改造を受け、車両番号は3000番台（原番号+3000）に変更された。
2013年までに全編成が制御系の更新を主とする大規模な改造が施された。詳細は後述する。
1993年から製作された。785系電車の制御システムを採用し、制御装置は GTO 素子を用いた VVVF インバータ、主電動機は かご形三相誘導電動機の N-MT785 形（215 kW）である。
主電動機の出力増大によって、電動車は編成中に1両のみ組み込む 1M 方式とされた。このためクモハ721形の設定はない。番号は1000番台に区分された。
車体の基本構造は5次車までと同一であるが、客室窓が熱線吸収ガラスに変更され、厚さは従来より 1 mm 薄い 4 mm となった。
上記の3両編成を基本単位とする。最高速度は 130 km/h である。1001 - 1008 は2003年の編成変更で8次車を混成し、6両固定編成となった。詳細は「#編成・運用」節を参照されたい。
1994年製作の モハ721-1009 を含む F-1009 編成は次期近郊形車両（→731系電車）のシステム試験に供され、VVVF インバータの半導体素子を IGBT に変更したほか、抑速装置を発電ブレーキから電力回生ブレーキに変更し、屋根上のブレーキ用抵抗器は廃止された。2003年の編成組替を受けず、1000番台として唯一残存する編成である。また2015年に機器更新が実施され転落防止幌の設置、座席の更新も行われた。快速「エアポート」編成変更のため、2003年に製作した車両である。731系の制御システムを採用し、IGBT 素子を用いた VVVF インバータで主電動機 N-MT731 形 (230 kW) を制御する。抑速装置は電力回生ブレーキを装備し、屋根上にブレーキ用抵抗器は設置しない。
最高速度は 130 km/h である。モハ721形のパンタグラフは当初よりシングルアーム式を装備する。
製作はモハ721形・サハ721形の中間車のみで、先頭車は1000番台編成（6・7次車）を組み替えて充当した。
編成に組成する電動車の仕様で車両番号を区別し、1000番台の電動車を組成した編成は4000番台（ブレーキ遅れ込め制御なし）、本区分の電動車を組成した編成は5000番台（ブレーキ遅れ込め制御あり）を付番する。
戸袋窓・非常窓が廃止され、従来車と窓配置が変わっている。側面窓は当初からポリカーボネート製である。防雪および氷塊落下事故防止のため、床下には789系電車などと同様の、全体を覆う機器カバーを設置する。
一般座席車の室内はデッキ仕切扉を廃止し、扉隣接の座席をロングシートに変更して大型の袖仕切を設けた。座席の配色は青を基調とする。
扉周辺の配置や配色は731系に類似しており、客用扉の上と横から温風を送り込み冷気を遮断するエアカーテン、遠赤外線暖房装置、ボタン開閉式の半自動ドアを装備する。
冷房装置は容量を増大した N-AU722 形 (30,000 kcal) に変更された。
トイレは車椅子対応のため大型化し、3号車となるサハ721形（一般座席車）に設置する。「uシート」車のサハ721形はデッキ扉を片開き式自動ドアとし、座席等の内装も大幅に変更された。
モハ721-5001 の1両のみは編成組替で余剰となった先頭車と組成し3両編成とするため、制御装置や電動機および客室座席は他の8次車と同一であるが、片開き式のデッキ仕切扉が設けられ、客用扉の半自動機能は装備しないほか、8次車の付随車が組み込まれていないため、ブレーキ遅れ込め制御は行わない。そのため他の8次車電動車が(M1)車であるのに対し、(M2)車と区別されている。全135両が札幌運転所に配置され、以下の列車で使用される。5次車まではサイリスタ制御、6次車以降は VVVF インバータ制御であり、編成番号は中間電動車の番号に識別記号「F」を付加した番号で、3両単位で付番される。6両固定編成は前後の3両が各々別の編成番号をもつ。
1989年（平成元年）以降の一時期は臨時急行列車にも使用された、
2012年（平成24年）6月1日からは札沼線（学園都市線）への乗り入れを開始し、同年10月27日からは快速「エアポート」用の編成も石狩当別まで乗り入れるようになった。
2014年（平成26年）8月30日のダイヤ改正では、函館本線（小樽駅 - 札幌駅 - 旭川駅）で残存している711系電車上下合わせて30本の運用のうち、16本が本系列に置き換えられ、旭川まで乗り入れるようになった。
基本的に、運用は731系・733系0番台・735系と共通であり、3両編成あるいは2本を連結した6両編成で運転される。基本的に区間快速「いしかりライナー」と普通列車に使用されており、新千歳空港駅には早朝と夜間の普通列車のみ乗り入れている。130km/h対応編成は快速「エアポート」の運用に入ることもあった（後述）。
全編成とも、普通車指定席「uシート」を4号車の全車に設定する。733系3000番台と共通で快速「エアポート」を中心に運用される。他車との併結は行わないので貫通幌を装備していない。
2015年（平成27年）3月20日に発表された「安全投資と修繕に関する5年間の計画」で、2020年（平成32年）以降一部初期車の老朽廃車・取替を行なう事が発表されている。
2018年11月頃から、エアポート編成(F-1009を除く)に公衆無線LANサービスを導入。2020年までに全車両に導入される予定。