三电平变频器原理如图所示。在PWM电压源型变频器中，当输出电压较高时，为了避免器件串联引起的静态和动态均压问题，同时降低输出谐波及dv/dt的影响，逆变器部分可以采用中性点箝位的三电平方式（Neutral Point Clamped，NPC）。逆变器的功率器件可采用高压绝缘栅双极型晶体管IGBT或集成门极换流晶闸管IGCT。三电平变频器采用的箝位电路，解决了两只功率器件串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。三电平逆变器的主回路结构环节少，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈。三电平变频器在国内市场遇到的最大难题是输出电压问题，其最大输出电压达不到6 kV，所以往往需要采用变通的方法，要么改变电动机的电压（或进行星/三角改接），要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的广泛应用。目前也有器件串联三电平变频器，或裂相三电平（每相用一个单相三电平变频器）变频器，如ABB公司的ACS5000系列。