キハ281系の開発により、札幌-函館間の高速化に成功したJR北海道は、引き続き札幌-釧路間の高速化を行うため、キハ283系の試作車を1995年に製作しました。
車体は軽量ステンレス構造で、先頭部のみ強度確保のため鋼製としています。先頭車は高運転台構造で貫通扉を備えています。また、空調機の床上設置等により車体重心をキハ281系より下げています。
機関はキハ281系と同じN-DMF11HZAを1両あたり2台設置しています。また、液体変速機はN-DW18に変更され、登坂・加速力の向上が図られています。ブレーキは機関ブレーキ、排気ブレーキ併用全電気指令式を採用し、ブレーキの応答性を向上させています。制輪子は苗穂工場製の特殊鋳鉄を使用しています。
台車はベアリングガイド式制御振り子台車N-DT283で、キハ281系と比べてさらに曲線通過速度を向上させるため自己操舵機能を追加し、振子傾斜角度を5゜から6゜に増やしています。また、乗客の足下の振れ幅を小さくするため、振子中心高さをキハ281系と比べ400mm下げました。
車内はキハ281系と同様、グリーン車が2-1列のリクライニングシートでシートピッチは1145mmです。普通車が2-2列のリクライニングシートでシートピッチは960mmとなっています。
量産車は1996年に登場し、1997年より札幌-釧路間の「スーパーおおぞら」としてデビューしました。後に、札幌-函館を結ぶ「スーパー北斗」や札幌-帯広を結ぶ「スーパーとかち」に使用されていましたが、2013年より「スーパーおおぞら」のみに使用されています。また、最高速度が110km/hに引き下げられました。
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