风力发电机冷却系统是风电系统的重要组成部分，其性能的优劣是衡量发电机能否安全可靠运行的重要因素。本文以某型3MW风力发电机为研究对象，在分析其物理结构和散热特性的基础上，提出了发电机的冷却方案，并对其进行设计计算。同时，搭建了风力发电机实验台，研究了30%、50%、80%、100%负载条件下电机的损耗情况及冷却系统的性能表现。并进行100%负载对比实验，验证电机工艺的一致性。最后，根据实验结果提出了四种冷却系统优化方案，并采用数值模拟方法对其进行分析，通过数值模拟对比结果获得最佳优化方案。对冷却系统的实验研究结果表明：电机在80%负载以下，温升满足设计要求；电机在100%负载条件下温度高于电机所要求的工作范围，需要对冷却系统进行优化。100%负载对比实验中，两台电机各参数变化趋势一致，稳定时各参数数值相差较小，验证了电机工艺一致性。对冷却系统的模拟研究结果表明：数值模拟方法能反映电机实际的温度分布，模拟结果与实验结果有较好的一致性；所提出的四种优化方案中，空心导线冷却方式能对电机高温区域进行集中冷却，使温升符合电机工作要求，是冷却系统的最佳优化方案。本文的研究方法和研究结果可为我国风力发电机冷却系统的相关研究提供实验和理论参考。