国鉄201系電車
1960年代後半から、抵抗制御に代わるより省エネルギー・省メンテナンスな主回路制御方式として、チョッパ制御方式が注目された。1960年代より電車にも使用可能な大容量の半導体素子が開発されたこと、1973年(昭和48年)のオイルショックを契機に省エネルギーの機運が高まったことも、この動きを後押しした。
日本においては営団地下鉄(帝都高速度交通営団)が電機子チョッパ制御を早期に研究しており、1969年に6000系試作車が登場した。営業運転は1970年に阪神電気鉄道の7001・7101形(力行のみ)が先行したが、翌1971年の営団6000系量産車より回生ブレーキ付き電機子チョッパ車が導入された。国鉄も1967年以降、101系や103系を用いてチョッパ制御試験を開始した。
1970年代後半になると101系の一部は車齢20年を超え、車体の腐食、機器の絶縁劣化など、保守、補修に人手と金がかかるようになり、101系の老朽化も進行してきたことから、新形式電車の機運も高まった。そして1979年に試作車5両編成2本の10両が製造されることとなった。
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。
100 km/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75 km/h以上の高速時からブレーキでは主回路に0.27 Ω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90 km/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。
試作車ではブレーキの応答性を高める台車中継弁を設置、付随車には車輪の滑走を防ぐ滑走防止制御装置を搭載したが、量産車では効果が少ないと判断して省略した。
2007年3月18日のダイヤ改正によるE233系の分割運用の開始に伴い、共通運用となる201系の分割編成の一部で付属編成を高尾方とする編成替えが行われ、H編成7本を6+4から4+6に組み替えた。これらの編成は、3月下旬までにH1編成を除いて編成番号が振り直された。
組替対象外のH編成はダイヤ改正をもって分割不可能編成となり、3月下旬までにT編成に編入された。貫通編成の編成番号も順次改称され、大半の編成が元の番号+100とされた(例・T1→T101)。
10両貫通のT32(クハ201-58以下10両)・T130(クハ201-56以下10両)の2編成は、京葉線への転用により京葉車両センターへ転出した。
T110「2代目」編成(クハ201-117以下10両)は、2007年8月末に一旦長野へ回送後、翌9月1日の全国新作花火競技大会での臨時列車に使用され、豊田へ戻らずに廃車回送された。T116編成(クハ201-54以下10両)は、サハ201-55を抜いた9両編成で2007年9月に廃車回送され、抜かれたサハ201-55は209系サハ209-901・113系モハ113-1085とともに脱線試験に使用された。
2007年11月に回送されたT133編成(クハ201-60以下10両)は、故障を起こした2両(モハ201-141+モハ200-141)が青70編成(クハ201-152以下6両)とともに先に回送され、残る8両は後日回送された。
2008年1月17日のT112編成の廃車回送をもって、中央快速線の10両貫通編成が消滅した。H1編成(クハ201-1以下10両)は運用離脱後に組替え、2008年1月31日にトップナンバーを含まない6両編成で廃車回送された。2008年6月19日、H1編成で残った4両のうちクハ201-1を除く3両が、青梅・五日市線用編成で最後まで残った青3編成に組み込まれ、7両編成で廃車回送された。
パンタグラフは、回生制動時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。
補助電源装置にはブラシレスMG DM106(定格容量190 kVA)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160 kVA)、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、後述の量産化改造時に量産車と同じものに取り替えられている。
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。
1997年10月12日に発生した大月駅列車衝突事故では、大月駅を通過中の特急「スーパーあずさ」13号(E351系)に入換中の201系6両編成が衝突し、両方の車両が脱線した。201系はクハ200-116が復旧まで長期間使用できなくなり、車両不足を補うため三鷹電車区の中央・総武緩行線用201系の1編成が武蔵小金井電車区に貸し出され、オレンジに塗装変更の上で使用されていた。
1997年12月のダイヤ改正で高尾 - 大月間の初発電車に201系が使用されることとなり、武蔵小金井電車区の分割編成の8号車モハ201形の後位寄りに霜取り用パンタグラフが増設された。当初はモハ201-24・87・179・185・206の6両が対象で、菱形のPS24形が増設された。2001年度に追加で改造されたモハ201-90は、シングルアーム式のPS35C形が増設されており、1両に菱形とシングルアーム式の両方が搭載される唯一の車両となった。
T編成のPS21形パンタグラフは、降雪によるパンタグラフ降下対策として2000年よりシングルアーム式のPS35C形に換装された。これは、関東で大雪となった1998年1月8日にダイヤの乱れで列車が長時間停車した際に、雪の重みでパンタグラフが上がらなくなった車両が続出したことを受けてへの対策である。このPS35C形への換装により、中央快速線の201系全編成で高尾以西への乗り入れが可能となった。
当初は101・103系と同様に、先頭車に「特別快速」などの大型種別表示板を掲出していたが、中央線快速の201系統一完了により方向幕での種別表示が完備されたことから1986年3月改正で種別表示板の使用を廃止した。1987年5月からは差し込み式の種別表示板が復活し、先頭車にヘッドマーク受けが設置された。
外観では前面窓の下部に大形の手すりを設置した。ジャンパ連結器は量産車と同等品に交換され、外観では運行番号表示器周辺の着色が量産車との識別点となった。先頭車の車内に設けられていたスタンションポールは撤去された。客用ドアを量産車と同等品に取り替え、座席横の袖仕切り内側の布地をやめ、化粧板仕上げに変更。座席を3 - 1 - 3分割から4 - 3分割に変更。